พ.ศ. 2554 ลงสมัครรับเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดนครราชสีมาเป็นครั้งแรก สังกัดพรรคเพื่อไทย โดยในช่วงระยะแรกนายโกศลมีคะแนนนิยมเป็นรองนาย ภิรมย์ พลวิเศษ เลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม อดีต ส.ส. และผู้สมัครจากพรรคภูมิใจไทย แต่เนื่องจากนายภิรมย์ข้ามเขตไปหาเสียงให้ภรรยาบ่อยครั้ง ประกอบกับการเดินทางมาปราศัยใหญ่ของนางสาวยิ่งลักษณ์ ชินวัตร ผู้สมัครบัญชีรายชื่อลำดับที่ 1 พรรคเพื่อไทย มีประชาชนเข้าร่วมฟังการปราศัยกว่า 20,000 คน[1] ผลการเลือกตั้งนายโกศล สามารถเอาชนะนายภิรมย์ได้กว่า 10,000 คะแนน

สมาชิกสภาผู้แทนราษฎร

โกศล ปัทมะ ได้รับการเลือกตั้งเป็นสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรมาแล้ว 2 สมัย คือ

1. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2554 จังหวัดนครราชสีมา สังกัดพรรคเพื่อไทย
2. การเลือกตั้งสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรไทยเป็นการทั่วไป พ.ศ. 2562 จังหวัดนครราชสีมา สังกัดพรรคเพื่อไทย