Lors des élections municipales de 2020, sa liste l’emporte dès le premier tour avec 58,3% des voix, ce qui lui permet d’être réélu maire le [6]. À la suite de la démission de l’Assemblée nationale d’Huguette Bello, élue maire de Saint-Paul, il devient député de la deuxième circonscription de La Réunion le mais démissionne immédiatement afin de demeurer maire du Port[7]. Toutefois, la loi précisant que le dernier mandat obtenu (dans son cas, celui de député) prime, Olivier Hoarau démissionne dans le même temps son mandat de maire[8] et se fait réélire par le conseil municipal du Port le [9].
En , Olivier Hoarau annonce sa candidature aux élections régionales de 2021 à La Réunion[10]. Le , il est mis en examen pour corruption et blanchiment d'argent liés au projet d'extension du centre commercial Cap Sacré-Cœur[11]. Il quitte parallèlement le parti Pour La Réunion et annonce le maintien de sa candidature aux élections régionales[12]. Il arrive en sixième position au premier tour avec 4,2% des voix[13]. Le , il est condamné par le tribunal correctionnel de Saint-Denis à quinze mois de prison avec suris, 50 000 euros d'amende et cinq ans d'inéligibilité dans l'affaire du centre commercial Cap Sacré-Cœur, condamnation dont il fait immédiatement appel[14].
Le , il remporte un troisième mandat lors des élections municipales et est réélu maire par le conseil municipal le [15].
