大约在2000年底到2001年初，时任外经贸部部长石广生看中这位曾在国办负责联系外经贸工作10多年，又已在基层经贸部门历练四五年的外贸“科班”，想把沈丹阳调到部里工作。但此时的厦门正值查处“远华走私案”后期，在全市干部人事“冻结”一年多，经受住“考验”之后，沈丹阳被列为拟在本市首批提拔使用的人选，必须再次听从组织召唤，继续留在厦门工作。
直到2003年3月，沈丹阳才调回北京。此时的外经贸部已变成了新组建的商务部，沈丹阳出任商务部国际贸易经济合作研究院副院长。
“当时有多个岗位可选，比如看起来与我在厦门从事多年的贸易投资促进工作性质更接近、收入也更高更洋气的贸发局或其他司局，但我想我还是更喜欢也更适合搞研究，就去研究院担任了副院长。”他回忆道，在研究院期间，最让他引以为傲的，是自己曾作为经济社会学界9位专家之一，应邀参加时任总理温家宝主持的《政府工作报告》专家座谈会。回忆过往，他每每觉得那是自己人生的高光时刻。
“那时候常常熬夜，因为要做课题、赶文稿，但过得很充实，可以做自己喜欢的研究，偶尔也会到北大、清华等高校讲讲课。研究的成果、发表的文章如果内容足够好，总理、副总理也能看到。”
仍然是因为组织上的需要，2008年底，他被调往商务部机关工作。先后出任商务部办公厅副主任、商务部国际贸易谈判代表秘书局局长、商务部政策研究室主任，最近六年则一直兼任商务部新闻发言人。
“我这些身份特点决定我少不了与热点、焦点、难点政策问题打交道，当然，大部分的研究都是部里或是中央安排下来的规定动作。”他描述道。
这些年，他有时感觉自己好像是这个部委大院的“旁观者”和“局外人”，常常不自觉地从更宏观或更接地气的视角，用学者的眼光，来审视自己的工作。
在商务部工作的最后一年多时间里，他的新闻发言人工作量开始加倍：每个月一次的例行发布会，改成了每两周一次、每周一次。
让很多跑口记者印象最深的是，沈丹阳依然选择按照最笨的办法，与跑口记者定期沟通，提前与各个司局联络员开会碰情况，准备新闻发布材料和口径，结合临场的提问，组织回答。
