Анатолий Бровко был утвержден губернатором Волгоградской области 29 декабря 2009 года. Сразу после голосования в ячейке волгоградских коммунистов разгорелся скандал: фракция заранее договорилась голосовать против его кандидатуры, однако шестеро депутатов от КПРФ, вопреки уговору, проголосовали за единоросса.
23 февраля 2011 года Анатолий Бровко уволил избранного мэра Волгограда Романа Гребенникова за неисполнение судебных решений. В апреле Волгоградская гордума, вопреки недовольству горожан, отменила прямые выборы мэра. Бывший градоначальник судился с губернатором и в итоге проиграл.
2 мая 2011 года Анатолий Бровко назначил вице-губернатором бывшего сотрудника кремлевской администрации Олега Матвейчева, известного высказыванием о том, что оппозицию нужно «намотать на гусеницы» танков.
После выборов депутатов Госдумы 4 декабря 2011 года в области разгорелся скандал из-за пересчета голосов. Итоги выборов изменялись дважды: сначала облизбирком объявил о 35% голосов у «Единой России», после пересчета партия власти получила 42%, затем партии был возвращен первый результат. После инцидента Анатолий Бровко был вызван в Кремль в числе губернаторов, регионы которых показали наихудшие результаты «Единой России» на выборах.
В декабре 2011 года губернатор также проходил свидетелем по делу о хищении 140 млн руб. из бюджетных средств регионального венчурного фонда, главой которого он являлся до назначения главой региона.