В 1965—1983 годах — Министр сельского хозяйства РСФСР. Занимался преодолением негативных последствий аграрной политики Хрущёва:
они заключались, в частности, в чрезмерном расширении посевов кукурузы, ликвидации приусадебного хозяйства, вырубке садов и виноградников на крестьянских дворах. За период, когда Флорентьев руководил министерством, среднегодовая валовая продукция сельского хозяйства России выросла в 1,9 раза, в том числе производство зерна увеличилось в 1,6 раза, мяса — в 1,9 раза, молока — в 1,8 раза, яиц — в 5 раз, овощей и фруктов — более чем в 2 раза. В колхозах была введена денежная оплата труда. При его активном участии начались широкомасштабные работы по коренному улучшению земель, сельскохозяйственным предприятиям оказывалась большая финансовая помощь.