I 1958 blev han valgt ind i byrådet for Socialdemokratiet. I 1970 blev han socialrådmand og viceborgmester, så da borgmester Bernhardt Jensen i 1971 måtte trække sig fra på grund af sygdom, blev Orla Hyllested byens nye borgmester.

Ti år senere fik Orla Hyllested politiske liv en træls afslutning. De sidste år af hans borgmestertid i Aarhus havde været præget af arbejdsløshed og energikrise, så ved valget i 1981 ønskede Hyllested ikke at genopstille.