ในทางการเมือง นายเฉลิมพันธ์เป็นนักการเมืองสังกัดพรรคประชาธิปัตย์ เคยเป็นเลขาธิการของพรรคระหว่างวันที่ 3 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2522-26 พฤษภาคม ปีเดียวกัน รวมทั้งเคยเป็นเลขาธิการของพรรคเอกภาพด้วย และเป็นรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม[2] ก่อนจะลาออกจากพรรคจากกรณี "กลุ่ม 10 มกรา" เมื่อปี พ.ศ. 2531 เมื่อนายวีระ มุสิกพงศ์ และสมาชิกพรรคประชาธิปัตย์ส่วนหนึ่งต้องการหนุนให้นายเฉลิมพันธ์เป็นหัวหน้าพรรค แต่ทว่าไม่ประสบความสำเร็จ ซึ่งเหตุนี้ได้กลายเป็นความขัดแย้งกันเองในพรรค [3] จากนั้นได้เป็นรองนายกรัฐมนตรีในคณะรัฐบาลชุดที่ 46 ที่มี พล.อ.ชาติชาย ชุณหะวัณ เป็นนายกรัฐมนตรี[4] หลังการรัฐประหารในปี พ.ศ. 2534 ได้ไปร่วมงานกับทางพรรคสามัคคีธรรม มีตำแหน่งเป็นรองหัวหน้าพรรค[5]