2004 yerel seçimlerinde Adalet ve Kalkınma Partisi (AK Parti)’den aday olan Kadir Topbaş, %45,32 oy oranıyla büyükşehir belediye başkanlığını kazandı. Bu galibiyet 2009 yerel seçimlerinde %44,71 ve 2014 yerel seçimlerinde %47,95’lik istikrarlı oy oranlarıyla devam etti. Bu galibiyetlerle Topbaş, Cumhuriyet tarihinin en uzun İstanbul belediye başkanlığı yapan kişi ünvanını elinde tutan kişi oldu.
Topbaş döneminde İstanbul’a yeni metro hatları ve uzun bir hat üzerine kurulan metrobüs başta olmak üzere tüneller ile karayolu taşımacılığı, yeni vapur hatları ve deniz araçları ile denizyolu taşımacılığı geliştirildi. Panorama 1453 Tarih Müzesi ve Taksim Cumhuriyet Sanat Galerisi açıldı, Maltepe parkı yapıldı. 2010 yılında İstanbul Avrupa Kültür Başkenti ilan edildi. Topbaş, belediyecilik konusunda ulusal ve uluslararası kurumlarda aktif rol aldı.
2011 yılında Taksim Meydanının yayalaştırma projesi ile Gezi Parkının yıkılması gündeme geldi. Taksim projesi, Topbaş döneminde ortaya çıkan ve 2013’te tüm Türkiye’yi etkileyen Gezi Parkı protestolarının başlangıç noktası oldu. Deprem toplanma alanlarının imara açılmasıyla ilgili alınan kararlar tepki çekti, başkanlığının üçüncü döneminde verilen ihalelerle ilgili yolsuzluk iddiaları arttı.
2017 yılında Cumhurbaşkanı Erdoğan’ın AK Parti belediye başkanlarıyla ilgili ‘metal yorgunluğu’ açıklamasından birkaç ay sonra, eylül ayında Kadir Topbaş başkanlık süresinin bitimine yaklaşık 2 yıl kala istifa etti. Topbaş’ın yerine Büyükşehir Meclisi tarafından seçilen Mevlüt Uysal geldi ve 2019 yerel seçimlerine kadar büyükşehir belediye başkanlığı görevini sürdürdü.