Como resultado de las elecciones parlamentarias de 1960, el presidente Lleras Camargo decidió recomponer su gabinete ministerial y le propuso a Barco ser embajador ante el Reino Unido. Cuando salió del ministerio fue objeto de un homenaje convocado por la Sociedad Colombiana de Economistas donde el principal orador fue el escritor Eduardo Caballero Calderón, quien preguntó: “¿Porqué quitaron a Barco del Ministerio de Obras Públicas? Perdónenme ustedes que les responda haciendo un raciocinio al revés, que es la manera de racionar que solemos tener los colombianos en las cuestiones graves: Barco era un gran ministro, luego había que quitarlo”

Barco aceptó el ofrecimiento, por parte de Guillermo León Valencia, para ser ministro de Agricultura, ya que desde sus tiempos como estudiante en Boston se había interesado por la historia agraria del país. Como lo expresó en su momento, consideraba que los problemas del desarrollo en Colombia debían tener en cuenta de manera simultánea una revolución agrícola y un proceso de industrialización, con el que no debía reñir como algunos pensaban— la reforma agraria que lideró en su nuevo cargo. Barco también promovió el desarrollo de los distritos de riego y la creación del Instituto Colombiano Agropecuario (IGA), entidad encargada de promover la investigación y enseñanza de las ciencias agropecuarias.

Ferrocarril del Atlántico
Debido a las crecientes dificultades de navegación por el río Magdalena, durante la presidencia de Mariano Ospina Pérez se revivió la idea de construir un ferrocarril paralelo a esta vía fluvial, que serviría para conectar los demás trazados del ferrocarril existentes. Esta obra la culminó Barco en 1961.

Plaza de Bolivar
En 1959 se convocó un concurso arquitectónico cuyo proyecto ganador, a partir del empleo de planos alabeados, logró resolver el desnivel de más de un piso y medio existente entre las carreras 7 y 8 de la Plaza de Bolívar. La obra le devolvió a este lugar su carácter de espacio de congregación que conserva desde entonces.

Parque Grancolombiano
En cumplimiento de la Ley 95 de 1959 para la celebración del sesquicentenario de la Independencia, se construyó el parque Grancolombiano en Villa del Rosario. Para ello se adquirieron tres hectáreas de terrenos, entre el templo histórico donde se firmó la Constitución de 1821 y la casa natal del general Santander. En 2021, ya restaurado, ha sido el escenario para conmemorar el bicentenario de la gesta que dio origen a nuestro país.

Diario La Opinión
Este diario fue creado el 15 de junio de 1960. Sus socios fundadores fueron Eustorgio Colmenares Baptista, Eduardo Silva, Alirio Sánchez, León Colmenares y Virgilio Barco Vargas. La Opinión terminó por convertirse en el principal periódico de Norte de Santander al que Barco se vinculó de por vida.

Reforma Agraria
Como ministro de Agricultura, a Barco le correspondió dirigir la ejecución de la ley 135 de 1961 de Reforma Agraria, aprobada durante el gobierno de Lleras Camargo. La ley tuvo varios objetivos, entre ellos, reconstruir adecuadas unidades de explotación en las zonas de minifundio y dotar de tierras a los que no la poseían, privilegiando a quienes podían explotarlas y aportarles su trabajo personal. 

Distrito de riego del Zulia
Cuando se desempeñó como secretario de Obras Públicas de Norte de Santander, Barco apoyó el estudio del distrito de riego del valle del río Zulia. AI ser designado ministro de Agricultura, retomó el proyecto e incluyó el distrito de riego del valle del río Pamplonita. Este distrito es propiedad de la nación y el más grande del país. Se ubica entre los valles de los ríos Zulia y Pamplonita y en la actualidad abarca una extensión de 45.494 hectáreas.

El presidente de la república, Carlos Lleras Restrepo, nombró a Virgilio Barco como alcalde de Bogotá el 8 de agosto de 1966. La tarea a la que se enfrentaba no era fácil, ya que en tan solo trece años la población de Bogotá se había casi triplicado, con una tasa de crecimiento demográfico que era de las más altas del mundo. Esta situación había elevado las necesidades de vivienda, servicios públicos, infraestructura y empleo y exigía una reforma administrativa para atenderlas de manera adecuada.

Un rasgo de su trabajo como servidor público, herencia de su formación de ingeniero, fue reconocer siempre la necesidad de hacer estudios previos, sin que estos se volvieran un pretexto para no iniciar las obras. Así que contrató varios estudios para la gestión y ejecución de obras de renovación del centro y la ampliación de los servicios públicos y sociales, así como para actualizar las normas urbanas, organizar la estructura administrativa de la alcaldía y construir el nuevo Centro Administrativo Distrital. Tres meses después de iniciar su mandato contrató un plan de desarrollo de la ciudad a mediano y largo plazo que incluyó sus aspectos físicos, económicos y sociales.

Al ser también un excelente comunicador, Barco no inició ninguna obra sin previamente habérselo comunicado a la ciudadanía o reunido con los líderes y miembros de las juntas de acción comunal. Otra de sus prioridades consistió en terminar los proyectos que encontró iniciados. Tras ello, emprendió nuevas obras que terminaron por configurar la estructura urbana, como la carrera 68, la prolongación de la avenida Caracas hacia el sur, la ampliación de la calle 19 e innumerables vías definidas en un Plan Vial de Integración Urbana que le cambiaron la vida a los bogotanos.

Durante su paso por la alcaldía, se triplicó el acceso a la educación primaria gratuita. Con tal fin, atendió a los niños de la calle, llamados ‘gamines’, y logró reducir su permanencia en la calle. Por otro lado, construyó veinte plazas de mercado y fortaleció la infraestructura cultural.

Mejoramiento de servicios públicos
Durante la alcaldía de Barco se inició el programa Chingaza, que permitió la ampliación de la planta del acueducto que llevaba este servicio a los barrios periféricos de la capital. Asimismo, impulsó programas de generación de energía eléctrica y gestionó la construcción de canales en concreto para evitar inundaciones en barrios entonces suburbanos. Construyó también la sede de la Empresa de Teléfonos de Bogotá (ETB).

Obras viales
Además de trazar la carrera 68 a lo largo de sus 18 kilómetros y de dotarla con ocho carriles, Barco prolongó la avenida Caracas hacia el sur; la carrera 30, la carrera 7 desde la calle 26 hasta la 72, la calle 19 entre las carreras 7 y Caracas, la avenida Primero de Mayo entre la carrera 68 y ciudad Kennedy, así como la avenida Suba entre la calle 100 y la calle 127. Se entiende su propósito de crear grandes vías para favorecer el desarrollo de la ciudad a través de la conectividad.

Espacios públicos
Construyó los parques de La Florida, El Tunal, El Salitre, Timiza y Kennedy. Para la misa que celebró en Bogotá el Papa Pablo VI durante la celebración del Congreso Eucarístico Internacional en 1968, adquirió un predio de 400 hectáreas, que perteneció a la antigua hacienda de El Salitre, en un área donde se construyó el parque Simón Bolívar.

Entidades culturales y Museos
Fundó la Orquesta Filarmónica de Bogotá y creó el mayor conjunto de museos en la historia de la ciudad, dentro de los cuales se destacan los museos de: Historia Natural, Taurino, de la Casa Montes —en homenaje a Antonio Nariño—, de Santa Clara y de Desarrollo Urbano, semilla para el actual Museo de Bogotá, y el Planetario Distrital.