Elle est candidate aux élections européennes de 2004 sur la liste du Mouvement de juin, une formation eurosceptique ne se présentant qu'aux élections européennes emmenée par Jens-Peter Bonde. Lors de sa campagne, elle fait face à une polémique quand fait apparaître sur son matériel de campagne qu'elle est une membre du Parti populaire socialiste, alors que son adhésion n'a pas encore été validée du fait de son engagement eurosceptique, alors même que le parti a entamé un rapprochement avec les partis pro-européens[2]. Elle ne remporte pas de siège au Parlement européen lors du scrutin du , devenant seulement la deuxième suppléante pour sa liste[3].
Elle s'engage finalement au sein du Parti populaire socialiste après sa campagne, et en intègre la direction en 2006. Elle se présente aux élections législatives de sous ses couleurs, mais ne parvient pas à être élue députée, devenant seulement première suppléante pour son parti dans la circonscription de Copenhague[4]. À ce titre, elle est membre temporaire du Folketing d' à , puis de à , en remplacement d'Ida Auken[1].
Elle est candidate aux élections législatives de , mais échoue de nouveau à remporter un siège, devenant seulement deuxième suppléante[5]. Alors que son parti entre après le scrutin au gouvernement pour la première fois de son histoire, elle critique à plusieurs reprises la ligne de Villy Søvndal, qu'elle juge trop conciliante envers les sociaux-démocrates. Après avoir envisagé d'être elle-même candidate, elle apporte son soutien à la candidature victorieuse d'Annette Vilhelmsen, représentante de l'aile gauche du parti, lors du congrès d'[6].
En , Villy Søvndal démissionne de son siège de député au Folketing. Après que Kamal Qureshi, premier suppléant élu en 2011 dans la circonscription de Copenhague et ancien député, ayant décliné l’offre de le remplacer, le siège revient alors à Trine Pertou Mach. Elle devient alors la porte-parole de son groupe parlementaire pour la fiscalité, la recherche et le développement[6].
En , alors qu'elle est pressentie pour briguer la présidence du parti après la démission d'Annette Vilhelmsen, elle choisit de ne pas se présenter[7].
Candidate à un nouveau mandat lors des élections législatives de , elle ne parvient pas à être élue et devient seulement troisième suppléante dans sa circonscription, alors que le parti perd nationalement plus de la moitié de ses sièges[8]. En , elle annonce son départ du Parti populaire socialiste en raison de sa trop grande proximité avec les sociaux-démocrates[9].
En 2015, elle rejoint le comité d'audit et de risque d'ActionAid. En 2018, elle devient responsable du développement économique pour la paix pour International Alert à Londres. En 2020, elle rejoint la branche danoise d'Oxfam, comme directrice de la politique et des médias[1].
En , elle apporte son soutien à la Liste de l'unité pour les élections municipales et annonce adhérer au parti[10]. En , elle est investie tête de liste pour le mouvement dans la circonscription de Seeland pour les élections législatives[11]. Elle fait son retour au Folketing en remportant un siège lors des élections législatives du [12]. Elle devient alors la porte-parole de son groupe parlementaire sur les questions d'affaires étrangères, de défense et de fiscalité[13].
En , elle prend la présidence du groupe parlementaire de la Liste de l'unité après le départ en congé de Peder Hvelplund[14]. Elle lui rend le rôle à son retour en [15].
Elle est réélue pour un nouveau mandat lors des élections législatives anticipées de [16]. Après le scrutin, elle conserve son rôle de porte-parole de son parti pour les affaires étrangères, le développement international, l'Arctique, le Groenland, les Îles Féroé et les affaires ecclésiastiques, mais cède son rôle de porte-parole sur la défense à Eva Flyvholm[17].
