A partir de 1931 acató el régimen republicano y se aproximó a los radicales, aunque se mantuvo como personalidad independiente. Tras los sucesos de octubre de 1934 fue designado por Lerroux gobernador general de Cataluña, cargo en el que actuó con notable tacto político. En abril de 1935 fue ministro de la Gobernación en un Gobierno Lerroux y se mantuvo en el cargo cuando el jefe radical formó su último Gabinete (mayo-septiembre de 1935).

En diciembre de 1935, Alcalá Zamora le encargó formar Gobierno con la misión de convocar elecciones y levantar un partido centrista que evitase la polarización de la vida política. En el corto espacio de dos meses, Portela presidió un par de Gabinetes, fundamentalmente formados por independientes. Las elecciones de febrero de 1936, convocadas por él, representaron el fracaso de su fórmula centrista, aunque obtuvo 16 escaños. Resistió las presiones de la derecha, que le sugería un golpe de fuerza para anular los comicios y entregó el poder al Gobierno del Frente Popular que presidió Manuel Azaña.

Al estallar la guerra civil marchó al exilio, pero regresó en 1937 y se reincorporó a su puesto en las Cortes republicanas. Abandonó definitivamente España en 1939 y falleció en la localidad francesa de Bandol en 1952.