Además de ser secretario de la Junta de Gobierno organizada por el bando opositor, durante la Guerra Civil de 1891, la carrera política de Ismael Valdés continúo en 1903, cuando fue candidato a diputado por Santiago para el período 1903-1906. Pese a ganar la elección, no ejerció el cargo debido a las disputas al interior del Congreso por la definición de los escaños y las acusaciones de fraude electoral, que generaron la impugnación de varios de los diputados electos (Pinto, Fernando. Balmaceda y los gobiernos seudo-parlamentarios. Santiago: Editorial Andrés Bello, 1991, p. 120-122).

Entre 1910 y 1911, fue ministro de Industria y Obras Públicas del gobierno de Germán Riesco (1854-1916). Durante su gestión se amplió el ferrocarril longitudinal hacia el Sur y el Norte del país y continuaron las obras del ferrocarril trasandino por Uspallata y el ferrocarril de Arica a la Paz.

En 1912 participó de la Junta de Reforma Municipal y la Liga de Acción Cívica, dos organizaciones que presionaron por la realización de "la reforma de la ley municipal y de la ley electoral, el equilibrio de los presupuestos, la lucha contra el alcoholismo, la solución de las cuestiones internacionales" (Mackenna, Alberto. "Discurso del señor Alberto Mackenna". Liga de Acción Cívica. Su fundación en Santiago de Chile el año 1912. Santiago: Imprenta A. Hinojosa, 1912, p. 4).

Estos antecedentes le permitieron ganar popularidad para ser elegido como alcalde en 1913, con votos de correligionarios de todas las facciones y partidos políticos. Desde este cargo, denunció la forma en que las administraciones anteriores malgastaron las arcas municipales y convirtieron esa institución en un espacio de corrupción política.

Su primer año de administración se centró en depurar las finanzas y ordenar el funcionamiento de los diferentes departamentos del municipio. Planteó que la administración municipal y el gobierno local eran la base del buen funcionamiento de la república y dedicó parte de su tiempo a apoyar diversos proyectos de remodelación de la ciudad, incluyendo la inauguración de un nuevo matadero público financiado por el Fisco, ubicado "en la calle de Arturo Prat, entre Franklin y Placer" (Valdés Vergara, Ismael. "Inauguración del Matadero Modelo". 5ª Compañía de Bomberos. Corona fúnebre de don Ismael Valdés Vergara. Santiago: Sociedad Imprenta y Litográfica, Universo, 1919, p. 170-171).

Entregó su apoyo al profesorado y a todo tipo de actividad relacionada con la educación y el rescate de los niños vagabundos; el mejoramiento de las condiciones de trabajo de la Policía de Aseo, la remodelación del Mercado Central y otros planes para que "los barrios populares dejen de ser muladares, para que el aseo de las calles centrales y paseos frecuentados por las clases altas sea igual al de sus palacios, para llevar alumbrado y el pavimento hasta los suburbios de la ciudad, para asegurar la provisión de alimentos sanos, abundantes y baratos, en una palabra, para cumplir los deberes más simples de los Municipios en orden a la higiene y salubridad, a la alimentación, y a la seguridad y comodidad de los habitantes" (Valdés Vergara, Ismael. "En el comicio al que invitó al vecindario, e 12 de octubre de 1913". 5ª Compañía de Bomberos. Corona fúnebre de don Ismael Valdés Vergara. Santiago: Sociedad Imprenta y Litográfica, Universo, 1919, p. 157-158).

En 1902 ya había demostrado interés en Santiago, en una columna publicada en La Lira Chilena en donde criticó el descuido en que se encontraba la ciudad. Durante su periodo como alcalde, puso en práctica estas ideas a través de un plan de saneamiento y remodelación de los barrios de la capital.

Su plan de intervención urbana implicó un nuevo proyecto de canalización del río Mapocho, la ampliación y mejora del Parque Forestal Rubén Darío y proyectos para parques urbanos, los que finalmente no logró concretar.

Intentó normar, a través de decretos municipales, los juegos de azar, el trabajo sexual, los espectáculos callejeros y el comercio ambulante. En 1915 lanzó un concurso para que arquitectos nacionales y extranjeros presentaran proyectos de remodelación de la capital (Aguirre, Max. La arquitectura moderna en Chile (1907-1942). Santiago: Editorial Universitaria, 2022, p. 112-113).

Para continuar su labor contra la corrupción municipal, creó el Consejo de Gobierno Local, órgano encargado de fiscalizar los gastos y las actividades desarrolladas al interior del municipio.

Además, debió confrontar varias dificultades durante su periodo, entre ellas las alzas del pan y de otros bienes de consumo básico, y del valor del tranvía en 1915 por parte de la empresa de la capital, conflicto que se resolvió a favor de la ciudadanía. Estos problemas y su gestión municipal fueron cubiertos en la prensa, como, por ejemplo, lo hizo la revista Sucesos.

Ismael Valdés Vergara renunció a la alcaldía en febrero de 1914, aunque se hizo efectiva solo a fines de marzo de 1915. Las razones de su renuncia fueron la incapacidad de encontrar apoyo en los contribuyentes más importantes para llevar a cabo sus tareas: "Absolutamente nada se ha hecho para facilitar la labor del primer Municipio libremente elegido por la capital y que, aunque pobre de solemnidad, sigue mereciendo la confianza de su vecindario. Si la sordera que ha impedido atender esas necesidades es involuntaria, la renuncia de la Alcaldía se imponía como manifestación del desaliento que produce el olvido de necesidades tan reiteradamente representadas" (Valdés Vergara, Ismael. "Esplicaciones sobre la renuncia de la Alcaldía. Febrero de 1914". 5ª Compañía de Bomberos. Corona fúnebre de don Ismael Valdés Vergara. Santiago: Sociedad Imprenta y Litográfica, Universo, 1919, p. 174).