O fraco desempenho do PTB em 1986 levou a um princípio de crise no partido. Três meses após as eleições, Antônio Ermírio de Morais deixou suas fileiras, apesar dos esforços para mantê-lo filiado. O partido aumentara sua bancada na Câmara e mantivera seu único senador, o potiguar Carlos Alberto de Sousa, que migrara para o PTB em 1985. Ainda assim novas mudanças estavam programadas para a legenda. No final do ano, o partido decidiu apoiar oficialmente o governo Sarney. O acordo acabaria selado em fevereiro do ano seguinte, com a promessa de que seriam entregues ao PTB cargos no segundo escalão do governo.
Na Constituinte, a atuação do PTB foi marcada por grandes oscilações. De um lado, os parlamentares do partido integravam o Centrão, movimento político suprapartidário de tendências conservadoras criado em 1987 em reação ao anteprojeto da Comissão de Sistematização, que previa itens como “estabilidade total no emprego” e “expropriação da propriedade para fins de reforma agrária”. De outro, o partido chegou a discordar publicamente do Centrão, que planejava suprimir vários pontos do anteprojeto, e teve três representantes na Comissão de Sistematização: os deputados paulistas Francisco Rossi, Gastone Righi e Joaquim Bevilacqua. Righi foi o autor da emenda que limitava a semana de trabalho a 44 horas, enquanto Rossi conseguiu que sua emenda da aposentadoria proporcional aos 30 anos de serviço fosse aprovada. Ao todo, os 20 constituintes do partido apresentaram 2.383 propostas, das quais foram aprovadas 481.
Segundo os dados do Departamento Intersindical de Assessoria Parlamentar (DIAP), a bancada do PTB na Constituinte se dividiu em várias questões na hora de votar algumas das principais emendas da nova Constituição. O partido apoiou, de forma quase unânime, a aposentadoria proporcional, mas se dividiu quanto ao presidencialismo; rejeitou, em sua maioria, a reforma agrária e apoiou os cinco anos de mandato para o presidente José Sarney, mas se dividiu quanto à estabilidade no emprego e à jornada de trabalho de 40 horas semanais.
Encerrados os trabalhos da Constituinte, as atenções do país voltaram-se para as eleições municipais de novembro de 1988. O PTB esperava ter um desempenho superior, pelo menos, ao das eleições de 1986. De fato, o partido teve bons resultados, conquistando três prefeituras de capitais, com Sahid Xerfan em Belém, Lúdio Coelho em Campo Grande e Francisco Erse em Porto Velho. Em todo o Brasil, foram eleitos 332 prefeitos petebistas, o que fez do partido o quarto em número de prefeituras conquistadas. No Rio de Janeiro e em São Paulo, o PTB teve como candidatos, respectivamente, o deputado federal Roberto Jefferson e o ex-secretário municipal de Planejamento, Marco Antônio Mastrobuono, ambos derrotados.
Em 1989, o Brasil viveria a primeira eleição presidencial direta depois de 29 anos. No início do ano os principais partidos começaram a apontar seus candidatos ao pleito de novembro, mas não foi esse o caso do PTB, que demorou a se definir e chegou a ter seu apoio disputado por várias outras legendas. O partido se viu dividido entre o apoio a Leonel Brizola, do PDT, a Fernando Collor de Melo, do Partido da Reconstrução Nacional (PRN), e o lançamento de candidatura própria. A legenda, que detinha dez minutos no horário eleitoral gratuito, foi intensamente disputada, e acabou por lançar seu próprio candidato. O escolhido foi o senador paranaense Afonso Camargo, que conseguiu 60% dos votos na convenção realizada em julho. Camargo, no entanto, não conseguiria unir o partido, verificando-se, no decorrer da campanha, vários casos de apoio de petebistas a outras candidaturas. Camargo não obteve boa votação, chegando em 11º lugar, com apenas 379.262 votos, ou 0,56% dos votos válidos. A maior votação do candidato do PTB ocorreu em sua terra natal, o Paraná, onde recebeu 2,01% dos votos válidos.
No segundo turno da eleição presidencial, disputado por Fernando Collor e Luís Inácio Lula da Silva, do Partido dos Trabalhadores (PT), o PTB apoiou a candidatura de Collor. No Rio de Janeiro, o presidente regional do partido, Fábio Raunhetti, engajou todas as bases municipais na campanha do candidato do PRN. Eleito presidente, Fernando Collor receberia o apoio integral do PTB, em acordo formalizado em março de 1990 pelo deputado federal Gastone Righi.
Nas eleições de 1990, o PTB teve um desempenho superior em relação às de 1986. O partido elegeu dois governadores, Pedro Pedrossian, do Mato Grosso do Sul, e Otomar Pinto, de Roraima, e quatro senadores: Jonas Borges, do Amapá; Marluce Pinto, de Roraima; José Eduardo Andrade Vieira, do Paraná; e Valmir Campelo, de Brasília. Foram eleitos 38 deputados federais, a maioria em Rondônia (sete) e São Paulo (seis), e 79 deputados estaduais em todo o Brasil.
Alguns membros do PTB, como o deputado Roberto Jefferson, do Rio de Janeiro, permaneceram até o fim do governo Collor emprestando apoio ao presidente, a despeito das conclusões da Comissão Parlamentar de Inquérito (CPI) que levantou graves acusações contra a probidade de sua administração. Alguns dias antes da votação que autorizaria a abertura do processo de impeachment e por conseguinte afastaria o presidente, em 29 de setembro de 1992, um jantar de apoio a Collor foi oferecido pelo deputado Onaireves Moura (PTB-PR), com a presença de vários deputados petebistas. De toda forma, o PTB, em sua maioria, votou pelo afastamento do presidente: dos 30 deputados da legenda, 25 votaram a favor e quatro contra. Foram estes Félix Mendonça e Luís Moreira, da Bahia, Nélson Marquezelli, de São Paulo, e Roberto Jefferson. Um deputado se absteve: Gastone Righi.
Após o afastamento de Fernando Collor o PTB continuou a ser um partido situacionista, uma vez que passou a apoiar e a integrar o governo Itamar Franco. O partido seria representado no governo pelo ministro da Indústria e Comércio, senador José Andrade Vieira. O PTB apoiou também o candidato do governo à sucessão presidencial de 1994, Fernando Henrique Cardoso, integrando a coligação liderada pelo Partido da Social Democracia Brasileira (PSDB) e pelo Partido da Frente Liberal (PFL) que ajudou a elegê-lo.