No exercício de dois mandatos de senador Guilherme Palmeira obteve em Brasília o destaque dos grandes políticos nacionais. Foi vice-presidente do Congresso Nacional, presidente do Partido da Frente Liberal (PFL), além de ter ocupado cargos nas mais importantes comissões do Senado. Nome respeitado no governo e na oposição liderou importantes movimentos da República, inclusive aquele que tornaria Tancredo Neves presidente. Sua liderança foi fundamental para a eleição de Fernando Henrique Cardoso (chegou a constar como vice-presidente na chapa de FHC, renunciando para dar lugar a Marco Maciel), teve sempre em alta o seu prestígio e reconhecimento. Ressalte-se sua influência no governo de José Sarney do qual foi também um dos maiores articuladores e respeitado interlocutor entre o Executivo e o Legislativo.

Em 1999 foi nomeado ministro do Tribunal de Contas da União, onde ocupou os cargos de presidente e vice presidente, com atuação relevante, sendo aposentado em 2008.