În cele cinci mandate de senator, Sergiu Nicolaescu a iniţiat 41 de proiecte legislative, dintre care doar patru au devenit legi.
La primele alegeri libere, în mai 1990, a obţinut primul său mandat de senator, candidând pe listele Frontului Salvării Naţionale, la Braşov. A condus Comisia Senatorială „Decembrie 1989“ în perioada 1990-1992, iar până în 1996 a fost vicepreşedintele acestei comisii. În 1992 a câştigat un nou mandat de parlamentar, de această dată în Vrancea, fiind candidatul Frontului Democrat al Salvării Naţionale (FDSN). La alegerile din 1996 a candidat tot pe listele PDSR, în judeţul Vrancea, reuşind să obţină o nouă victorie electorală.
În 2000 a schimbat din nou judeţul şi a câştigat al patrulea mandat de senator, în Arad, ca membru PDSR. Din ianuarie 2001 a devenit preşedintele Comisiei de apărare, ordine publică şi siguranţă naţională. În acest mandat, Nicolaescu şi-a văzut tranformate în legi trei dintre cele 14 iniţiative legislative l-a care a contribuit.
În 2008, după patru ani de absenţă a revenit în fotoliile Parlamentului, de această dată ca senator PSD de Bucureşti. A condus Comisia de Cultură, arte şi mijloace de informare în masă şi a reuşit să-şi mai treacă în palmaresul parlamentar încă o lege. „Mai am puţini ani de trăit şi mi-am dorit să-i termin în profesia mea, pentru acest lucru nu am participat la alegeri. Vreau să vă spun un sincer «La revedere!»“, acestea au fost ultimele sale cuvinte de la tribuna Parlamentului, în 12 decembrie 2012.
