Ia juga tercatat sebagai anggota PKK Provinsi Jawa Tengah pada 2013–2023 serta memimpin Pengprov Persatuan Drum Band Indonesia (PDBI) Jawa Tengah sejak 2015. Pada periode 2015–2024, ia juga menjabat sebagai Wakil Ketua DPD PDI Perjuangan Jawa Tengah. Rangkaian pengalaman tersebut memperlihatkan semakin luasnya ruang pengabdian dan jejaring yang dibangunnya.

Pengalaman di organisasi kemudian mengantarkan Dyah ke dunia politik praktis dan lembaga legislatif. Pada Pemilu 2019, ia terpilih sebagai anggota DPRD Provinsi Jawa Tengah untuk periode 2019–2024. Dalam lembaga tersebut ia berkiprah antara lain di Komisi B, komisi yang memiliki keterkaitan erat dengan berbagai persoalan perekonomian daerah.

Menjadi anggota legislatif menghadirkan pengalaman baru. Dunia politik tidak hanya membutuhkan kemampuan berkomunikasi dan membangun jejaring, tetapi juga menuntut pemahaman terhadap persoalan masyarakat, anggaran, regulasi, dan arah pembangunan daerah. Pengalaman tersebut menjadi bagian dari proses yang kemudian membentuk perspektif Dyah dalam memasuki pemerintahan eksekutif.

Pada Pemilu 2024, Dyah kembali memperoleh dukungan elektoral yang kuat. Ia meraih 96.984 suara dalam pemilihan anggota DPRD Provinsi Jawa Tengah. Namun, tahun 2024 ternyata membawa perubahan besar dalam perjalanan politiknya. Alih-alih melanjutkan perjalanan sebagai anggota legislatif provinsi, Dyah maju dalam Pemilihan Bupati dan Wakil Bupati Kendal bersama Benny Karnadi.

KPU Kabupaten Kendal mencatat bahwa pasangan Dyah Kartika Permanasari–Benny Karnadi mendaftarkan diri pada hari terakhir pendaftaran pasangan calon, 29 Agustus 2024. Berkas pendaftaran pasangan tersebut yang didukung PDI Perjuangan dan PKB dinyatakan diterima oleh KPU Kabupaten Kendal.

Kontestasi Pilkada Kendal 2024 menjadi momentum penting dalam perjalanan Dyah. Berdasarkan hasil resmi KPU Kabupaten Kendal, pasangan Dyah Kartika Permanasari dan Benny Karnadi memperoleh 220.924 suara sah. Perolehan tersebut setara dengan 37,29 persen suara sah dan menempatkan mereka sebagai pasangan dengan perolehan suara terbanyak dalam pemilihan tersebut.