1964年3月,金正日發表了大學畢業論文《郡在社會主義建設中的地位和作用》,畢業于金日成綜合大學政治經濟系.後曆任勞動黨中央組織指導部,宣傳鼓動部的指導員,科長,副部長等職.
1970年任勞動黨中央文化藝術部長.在主管文藝工作期間,1968年4月,提出了要把《血海》改編為同名電影的任務,並進行了120多次指導;他還積極指導把《賣花姑娘》改編為同名電影的工作,該片在第18屆國際電影節上榮獲特別獎和特等獎章.這一時期他著有《電影藝術論》《論歌劇藝術》.後來,又陸續寫了《論話劇藝術》(1988.4),《論舞蹈藝術》(1990.11),《論音樂藝術》(1991.7),《論美術》(1991.10),《論主體文學》(1992.1).
1973年9月當選為勞動黨中央政治局委員會候補委員,中央委員會書記.
1974年2月被選為勞動黨中央政治局委員會委員.當時,朝鮮勞動黨舉行五屆八次會,一位擔任要職的將軍提出緊急動議,推舉金正日為黨中央政治局委員.金日成最初不同意,說金正日太年輕.那位老將軍認為年輕不是問題,這是革命的要求,全體人民的意願.其他政治局委員也起身動情相勸,金日成只好順水推舟:"各位委員都有這種意見,那我只好同意你們."這次大會實際上就是確認了金正日為"朝鮮主體事業的唯一接班人".金正日當選政治局委員之後,提出了"思想,技術,文化"三大革命口號,在全社會掀起了"三大革命小組"運動,號召年輕的勞動黨員,大學畢業生深入基層,改造思想,大搞技術革新.
1975年2月15日,朝鮮民主主義人民共和國中央人民委員會授予金正日"朝鮮民主主義人民共和國英雄"稱號.
1980年10月當選為勞動黨中央政治局常委,書記局書記,中央軍事委員會委員.
1982年2月任朝鮮民主主義人民共和國最高人民會議代議員.他的《關于主體思想》在這一年出版,對金日成所創立的主體思想做出了全面系統的闡述.他強調主體思想的哲學原理,指出人民群眾是創造曆史的主體.這種思想在國家政策上的體現即是:政治上自主,經濟上自立,國防上自衛.