Nas eleições de 6 de outubro de 2002, Paulo Kobayashi obteve expressivos 109.454 votos, mas não se reelegeu. Ficou com a primeira suplência de deputado federal pela coligação PSDB/PFL.

Alguns meses antes do pleito, uma homenagem marcou sua carreira. Como reconhecimento ao empenho para obtenção de recursos para o Estado de São Paulo, na condição de coordenador da Bancada Paulista na Câmara Federal, o Hospital do Câncer de Barretos (SP) batizou a então recém-inaugurada unidade de quimioterapia como Unidade Paulo Kobayashi de Quimioterapia.

Pela importância da sua permanência em Brasília, PSDB e PFL não deixaram Kobayashi fora do Congresso Nacional. Entre 1º de janeiro de 2003 e 25 de abril de 2005, Paulo exerceu seu segundo e último mandato como deputado federal.

Como parlamentar na capital nacional, também ocupou a presidência do Grupo Parlamentar Brasil-Japão, a vice-presidência da Comissão de Defesa do Consumidor e a liderança da Bancada da Oposição na Comissão de Orçamento.

Durante os sete mandatos em que ostentou o título de representante político do povo, jamais foram registrados quaisquer tipos de processos de corrupção, abuso ou improbidade administrativa.