Dembélé blev medlem af Adéma-PASJ's direktion i 2004 og var generaldirektør for geologi og miner fra 2005 til 2010. Den 10. april 2013 blev han udpeget som Adéma-PASJ's kandidat til præsidentvalget i juli 2013. Partis leder Dioncounda Traoré var Adéma-PASJ's oprindelige kandidat til afstemningen, da den først blev afholdt i 2012, men i kølvandet på statskuppet i marts 2012
han fik af den regerende junta tilladelse til at indtage posten som midlertidig præsident, og han indvilligede derfor i ikke at stille op som præsidentkandidat.