に東京大学大学院法学政治学研究科修士課程を修了、その後は東北福祉大学専任講師を経て1996年には同助教授に就任。
衆議院議員就任と辞任
、衆議院宮城県第6区で菊池福治郎の公職選挙法違反による辞任を受けて補欠選挙が行われ、小野寺は自由民主党公認で立候補して当選したが、選挙区内の有権者に線香セットを配ったことが公職選挙法が禁止する「寄付行為」に当たるとして、仙台地方検察庁に書類送検され、に議員辞職した（小野寺の辞職により、宮城県第6区では衆議院史上初の“補選の補選”が行われることとなった）。
記者会見で小野寺は、「不勉強ゆえの軽率な行動を反省している」と述べ、新聞社の取材に対しても、「（線香セットを配るのが違法になるとは）知らなかったが、『知らない』では済まされない」と述べた（朝日新聞）。本件で小野寺は略式命令による罰金40万円の有罪判決を受け、公民権が3年間停止された。
議員辞職後、ジョンズ・ホプキンス大学高等国際問題研究所客員研究員を経て、学校法人増子学園（東北福祉情報専門学校）理事長、及び東北福祉大学特任講師に就任した。この間に、東北放送ラジオの番組にコメンテーターとして出演していたことがある。
衆議院議員に復帰
公民権停止が解除された、第43回衆議院議員総選挙において自由民主党の公認を受けて宮城6区から再び立候補して当選、衆議院議員に復帰した。
2005年の第44回衆議院議員総選挙では、対立候補・菅野哲雄 （社民党）を破って3度目の当選（この選挙では、菅野も比例復活当選）、組閣された第3次小泉内閣において外務大臣政務官に就任した。2007年7月に組閣された安倍改造内閣において外務副大臣、同9月に福田康夫内閣に代わった後にも同職に再任された。同年10月8日にイランで発生した邦人誘拐事件においては、外務省緊急対策本部長を務めた。
に実施された 第45回衆議院議員総選挙では、菅野哲雄を5万票以上の大差で破って再選され、菅野の比例復活も阻止した。一方、所属政党の自由民主党はこの選挙で大敗、小野寺は宮城県内6つの小選挙区において唯一の自由民主党衆議院議員となり、総選挙後には自民党宮城県連の会長に就任した。
同年に行われた2009年自由民主党総裁選挙では一時立候補に向けた準備を行ったものの、最終的には立候補を断念した。この総裁選挙で小野寺は、「党再生のためには中堅・若手が存在感を示し、古い体制を壊して創り直すべき」として、自身が所属する党内派閥・古賀派からの候補であった谷垣禎一ではなく、河野太郎に投票している。翌年10月に設置された自由民主党シャドウ・キャビネットでは、「影の外務大臣」とされた。
に発生した尖閣諸島問題では、グーグルマップにおいて尖閣諸島の魚釣島について中国側呼称（釣魚群島、釣魚島）が併記され、あたかも中国とのあいだに領有権問題が存在するかの如くになっていることを指摘、Googleの日本法人を訪れて中国側表記の削除を要求した。
3月に発生した東日本大震災では、気仙沼市をはじめとする地元選挙区も津波被害を受け、小野寺の実家や自宅も全壊した。被災地選出の国会議員として国会内外で積極的な活動を行っている。

* 衆議院選挙の第一声は、いつも大崎市岩出山地区（かつての岩出山町）の中心部で行っている。これは、仙台市の県選管から七つ道具が届くのが最も近い場所だからである。
* 2008年12月5日の衆議院予算委員会で、民主党の仙谷由人の質問中に野次を飛ばし、仙谷から「お前、君も品性下劣だなぁ、小野寺君」と批判された。また別の民主党議員からは、質問者席の後ろで野村克也のようなぼやきを発すると指摘された。ただ本人はで、当選1回でも質疑に立てる民主党議員がうらやましいと語った。
* 脱政党を掲げ、反自民の立場だった元宮城県知事浅野史郎からも、自民党国会議員の中でただ1人、当選直後に駆けつけてもらい祝福を受けたことがある。マラソンが得意な浅野に小野寺が大会で何度か勝負を挑み、勝利したこともある。