大德八年（1304年），御史中丞、太僕卿塔思不花改任中書右丞。大德十一年（1307年），元武宗即位，任御史大夫，遙授左丞相，進為右丞相。奉命自上都（今內蒙古自治區正藍旗東）還京師大都治安西王阿難答黨。奏請重視監察官員的權力，凡有彈劾，旁人不得幹預。元武宗下詔依從。七月，定中書省官為十二員：右丞相塔剌海，左丞相塔思不花，平章政事床兀兒、乞台普濟如故，阿沙不花、塔失海牙為平章政事，孛羅答失、劉正為右丞，郝天挺、也先帖木兒為左丞，于璋、烏伯都剌為參知政事。至大元年（1308年），升右丞相。五月丙子，授右丞相塔思不花上柱國，監修國史。至大二年（1309年），塔思不花以大德六年至至大元年，禁中璽書應近臣要求不經中書省直下者凡六千三百餘道，嚴重幹擾地方司法及經濟事務，奏准日後璽書未經中書省，不得隨意下達。當時議立尚書省，他力主與老臣再議，不同意樂實、保八請求設立尚書省和改行新鈔的建議，武宗不從。至大四年（1311年），武宗駕崩，元仁宗罷尚書省，又奉命治罪尚書省的官員脫虎脫、三寶奴等人。改任御史大夫。