​Carriera politica 
Capofila della battaglia contro la costruzione di un inceneritore sulla base dell'assunto che fosse portatore di forte impatto ambientale, Puppato si candidò nel 2002 a sindaco di Montebelluna con una lista civica poi appoggiata da L'Ulivo.
In quell'occasione nel corso di incontri pubblici, a impertinente domanda sui finanziamenti che la sostenevano, menzionò entrate minori da donazioni degli attivisti e altre che definì provenienti da “privati”. In un modo o nell'altro si dimostrò capace di mobilitare una capillare rete di attivisti locali.
Non fu certo trascurato il fattore immagine. Nelle vie apparvero e imperversarono per ogni dove le immagini della allora sconosciuta bionda signora Puppato, evidentemente ritratta nel fulgore della sua recente eppur passata giovinezza. Rigorosamente sempre nei canoni iconici della ripresa di tre quarti dal profilo sinistro con sguardo significativamente puntato in avanti e in alto; i lisci e setosi capelli lasciati liberi all'indietro.
Fu eletta, nonostante la tradizionale forza del centrodestra nella città. Il progetto dell'inceneritore, già in stadio avanzatissimo dopo costosi rimaneggiamenti ad opera di precedenti amministrazioni succedutesi nel corso di alcuni lustri fu abortito a costo di ulteriori ingentissimi esborsi da parte delle amministrazioni coinvolte.
I rifiuti dei quali si era prevista l'eliminazione con l'inceneritore vennero dirottati onerosamente per l'interramento nella ex cava in località Busta allora gestita da France Déchets s.a. Sfortunatamente in seguito all'interramento furono provate dispersioni di percolato nelle sottostanti falde freatiche, cosa ancora più preoccupante se si considera che negli strati geologici sottostanti a quell'area scorrono i flussi freatici che ripercorrono il paleo alveo del fiume Piave, da questo ancor oggi principalmente ricaricati, i quali riemergono in superficie più a valle per dare origine alle sorgenti del fiume Sile, il più grande fiume di risorgiva dell'intera Europa e unico nel suo genere per tipi di fauna e di flora, superstiti in alcuni casi dell'epoca delle ultime glaciazioni.
Attualmente, marzo 2013, sono ancora in corso e da molti mesi costose opere di “messa in sicurezza” che al passante dalla pubblica via appaiono consistere nella stesura di fogli di materiali plastici alternati a strati di materiale di natura argillosa.
Feroce e brusco fu il passaggio alla politica di contrasto al traffico privato nel centro cittadino, con contemporaneo incoraggiamento dell'uso di mezzi pubblici. Venne ampliato il servizio di autobus, vennero istituiti dei trenini dedicati a singole evenienze, venne istituito un servizio a scambio pubblico di biciclette. Contemporaneamente le piazze cittadine vennero chiuse e pedonalizzate, fatte oggetto di una intensa opera di ri-arredo urbano di “design” con impegno di sostanziose risorse pubbliche. I parcheggi liberi vennero spostati nelle zone il più possibile esterne alle piazze mentre tutti gli altri parcheggi vennero trasformati in zone di parcheggio a pagamento. Nel centro, qualunque punto nel quale fosse possibile parcheggiare un'auto non a pagamento venne occupato, vuoi da una fioriera, vuoi da un lampione, vuoi da una panchina.
I vigili urbani, ora Polizia Locale e “Ausiliari del traffico”, abbandonarono l'antico pacioso e amichevole atteggiamento per divenire inflessibili persecutori di ogni minimo sgarro. I frequentatori di Montebelluna ricordano in quale modo gli ausiliari del traffico e le pattuglie della Polizia Locale divennero onnipresenti e veloci.
Anche l'illuminazione pubblica venne estesa fin nelle zone più remote, vedi via Castellana, via Sant'Andrea e altre, con l'impianto di una fittissima rete di nuovi lampioni con alcune nuove piste ciclabili.
Questo opera, per così dire “pedagogica” di rieducazione all'antica tradizione dello spostamento a piedi o a bordo di velocipedi si può dire a posteriori largamente fallita; il servizio autobus ha dovuto essere drasticamente ridotto ai minimi termini perché sostanzialmente non ha mai soddisfatto i bisogni locali (gli autobus hanno sempre viaggiato praticamente vuoti fin dall'origine negli anni '70). Il servizio scambistico delle biciclette a quanto se ne sa è stato smantellato per inutilizzo. Sulle piste ciclabili rispunta l'erba perché i ciclisti preferiscono correre sulla banchina.
Last but not least, uno dei fiori all'occhiello delle Giunte Puppato: il bio parco “Noè” di Via Gazie. Si tratta di una minuscola area a ridosso della linea ferroviaria per Treviso nell'isolata località “Tre Ponti”. Prima dell'iniziativa comunale si trattava di un'area di pertinenza Enel e FFSS un tempo completamente abbandonata a se stessa che in seguito alcuni coltivatori asiatici avevano però spontaneamente disboscato e trasformato in fiorente zona di orto urbano. Lì si volle sloggiare questi occupanti e istituire quella che doveva essere “una zona rifugio per rapaci”. L'area venne sbancata ripianata, recintata, illuminata, riarredata a giardino all'italiana più e più volte ridisegnato.
Fin da allora e a tutt'oggi non ha mai smesso di essere oggetto di continui e intensi interventi di manutenzione e migliorie varie e ha fin da subito abbisognato dell'istituzione di un custode. La suggestiva ma sprovveduta idea di ospitarvi dei rapaci si è immediatamente rivelata il fallimento che era prevedibile dato che i rapaci, uccelli molto fortemente predatori, territoriali e aggressivi non si adattano affatto alla convivenza fra specie diverse. Dunque attualmente, naturalmente dopo lo scavo di un piccolo laghetto e la conseguente costruzione, secondo norma, di adeguati scarichi, vi sono mantenuti una coppia di cigni, alcune anatre comuni e pochi altri anatidi di scarso interesse faunistico.
L'area è costantemente deserta di visitatori ed è frequentata saltuariamente, con aria poco edificata, da alcune scolaresche ivi condotte dalle maestre.
Benché sia facilmente immaginabile l'impatto sulle finanze locali di un siffatto operato, la signora Puppato raccolse però tutto il consenso necessario per essere eletta per un secondo mandato e ottenere numerosi riconoscimenti e, avendo significativamente indicato nell'ambiente, nella mobilità e nelle politiche sociali le priorità della sua esperienza di sindaca, vinse il ballottaggio del 12 giugno 2007 con il 52,07% delle preferenze (il 42,41% al primo turno). Ha indicato nell'ambiente, nella mobilità e nelle politiche sociali le priorità della sua esperienza di sindaca. Dopo sei anni di sua amministrazione, nel 2008 Montebelluna ricevette il Premio amico della famiglia (secondo classificato), il Leone dell'innovazione da parte dell'ANCI e il Premio qualità delle amministrazioni pubbliche. Nel 2007 Puppato fu indicata da Beppe Grillo come esempio di un politico che gli piaceva e fu premiata dallo stesso Grillo come primo sindaco "a cinque stelle". Il mandato di sindaco della Puppato è terminato il 29 maggio 2011.
Il PD è il primo partito politico a cui si è iscritta, per cui Puppato si definisce una "nativa democratica". Fece parte dell'assemblea costituente del partito nel 2007 e della commissione incaricata di scrivere lo statuto del PD. È presidente del forum del partito per le politiche ambientali.
Nel 2009 la Puppato si candidò col PD alle elezioni europee nella circoscrizione Nord-Est e sfiorò a sorpresa l'elezione, risultando prima dei non eletti con quasi 60 000 voti; in seguito all'esito delle elezioni, Massimo Cacciari chiese pubblicamente a Luigi Berlinguer di dimettersi dal Parlamento Europeo e cedere il proprio posto alla Puppato, in quanto "espressione piena della realtà regionale".
Nel 2010 la Puppato era tra i principali nomi del PD come candidata alla presidenza della Regione Veneto e ottenne il sostegno di circa 120 comitati locali[7][8] e di intellettuali come il poeta Andrea Zanzotto e il drammaturgo Marco Paolini.[9] La coalizione di centrosinistra alla fine scelse come candidato presidente il segretario della CGIA di Mestre Giuseppe Bortolussi, e la Puppato fu candidata come consigliera regionale: malgrado il risultato molto negativo del Pd alle regionali, la Puppato entrò a far parte del consiglio con un record di 26 230 preferenze su 70 754 voti ricevuti dal suo partito nella provincia trevigiana, risultando la seconda più votata tra i consiglieri dell'intera regione.[10] Dal 2009 è capogruppo del Partito Democratico nel consiglio regionale del Veneto.

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Candidatura alle elezioni primarie per la leadership del centrosinistra 2012 
Il 13 settembre 2012 la Puppato ha annunciato la sua candidatura alle primarie per la leadership della coalizione di centrosinistra Italia. Bene Comune. Gli altri candidati erano il segretario del PD Pier Luigi Bersani, il sindaco di Firenze Matteo Renzi (PD), il presidente della regione Puglia e presidente di SEL Nichi Vendola e l'assessore al bilancio del Comune di Milano Bruno Tabacci (ApI). La candidatura della Puppato è stata presentata ufficialmente il 31 ottobre 2012.[12] Il suo progetto politico sottolineava in particolare i temi dell'ambiente, della green economy, della blue economy e della valorizzazione delle donne.
Nel I turno delle Elezioni primarie di Italia. Bene Comune del 2012 che si è svolto il 25 novembre 2012 Puppato ha ottenuto 80.628 voti complessivi pari al 2,6%, piazzandosi al quarto posto tra i 5 candidati. Il 1° dicembre Puppato ha annunciato il suo sostegno a Pier Luigi Bersani per il 2° turno delle primarie.
Alle elezioni politiche del 24 e 25 febbraio 2013 Puppato è stata candidata come capolista del Partito Democratico in Veneto ed è stata eletta senatrice.