محلوجی فعالیت‌های خود را با عضویت در سازمان مجاهدین خلق آغاز کرد ولی پس از دو سال فعالیت، در سال ۱۳۵۲ از این مجموعه جدا شد. بعد از انقلاب اسلامی ابتدا در دفتر عمران امام خمینی در استان کردستان زیر نظر محمد غرضی مشغول به‌کار شد، سپس به حزب جمهوری اسلامی پیوست و به‌عنوان استاندار لرستان انتخاب شد.

پس از عزل بنی صدر از ریاست جمهوری، وی به سمت قائم‌مقامی وزیر وقت معادن و فلزات انتخاب شد. او پس از استعفای محمد امامی کاشانی از نمایندگی کاشان در انتخابات میان‌دوره‌ای سال ۱۳۶۱ به نمایندگی این شهرستان انتخاب شد و تا سال ۱۳۶۸ در این سمت باقی ماند. حسین محلوجی در کابینه‌های اول و دوم دولت هاشمی رفسنجانی، به سمت وزیر معدن و فلزات انتخاب شد.

او در دوران فعالیتش از مدیران جوان و مجرب استفاده کرد و تیمی قوی را در کنار خود به‌وجود آورد و کاری کرد که وزارت‌خانه‌ی معادن و فلزات، سوگولی وزارتخانه‌های دولت سازندگی شد. البته این روش مدیریتی بدون حاشیه و حرف و حدیث نبود و به گفته‌ی خودش حسادت‌هایی را برانگیخت و باعث شد در مجلس چهارم، استیضاح شود. اما دفاع تمام قد مرحوم آیت‌الله هاشمی رفسنجانی از وی اجازه نداد استیضاح رای بیاورد.

تلاش‌های بسیار او در سال‌های ۱۳۶۸ تا ۱۳۷۶ باعث شد یکی از طلایی‌ترین دوران بخش معدن کشور در این هشت سال شکل بگیرد.

در سال ۱۳۷۰ در دوران بازسازی ساختمان کنونی وزارت «صنعت، معدن و تجارت»، انتقادات بسیاری به او وارد شد تا جایی که پس از اتمام بازسازی، ساختمان را «کاخ محلوجی» نام گذاشتند.

هنگامی که محلوجی تصمیم گرفت برای ساختمان جدید وزارت‌خانه، تجهیزات اداری سفارش دهد، یک کارگاه نجاری در انتهای محله‌ی تهران‌نو انتخاب کرد تا به روش دستی، میز و صندلی بسازد. همچنین با یک کارخانه نساجی نیز قرارداد بست تا روکش صندلی با نقش و نشان وزارت معادن و فلزات ببافد. با معادن ایران نیز قرارداد دیگری بست تا سنگ‌های خوب، مناسب و باکیفیت جهت کف‌ ساختمان تهیه کند. وقتی کار انجام شد، یکی از نمایندگان همدان در نطقی در شهر همدان گفت: «دختران و پسران ما برای امرار معاش مشکل دارند، آن وقت وزیر معادن و فلزات، سنگ‌های وزارت‌خانه را از ایتالیا می‌آورد و میز و صندلی‌ها نیز در کشورهای اروپایی ساخته و وارد کشور شده تا در وزارت‌خانه مورد استفاده قرار گیرد.»

محلوجی نیز جهت پاسخ این نماینده مطلبی برای روزنامه کیهان به طنز و با این عنوان نوشت: «به معدن‌کاران کشور تبریک می‌گویم و خیلی خوشحالم که آن‌ها امروز سنگ‌هایی را که نماینده همدان فکر می‌کند ایتالیایی است، تولید می‌کنند. به آقای نعمت‌زاده (وزیر وقت صنایع) هم تبریک می‌گویم که صنایع کشور را آنقدر رشد داده‌اند که نجارهای ما در خیابان تهران‌نو، میز و صندلی‌هایی مطابق با کیفیت اروپایی‌ها می‌سازند.»

محلوجی همیشه به دنبال الگوسازی بود. او اعتقاد دارد مسئولان نظام باید الگوسازی کنند چرا که مدیران زیرمجموعه، رویه‌ی آن‌ها را دنبال کرده و بدین ترتیب مسیر توسعه کشور بارور می‌شود. او قبل از این‌که راهی وزارت‌خانه شود، به بسیاری از کشورهای پیشرفته یا در حال توسعه‌ سفر کرد و به دنبال این بود تا از تجارب کشورها و صنایع موفق در مسیر توسعه کشور استفاده کند.

از اقدامات او تهیه و تنظیم کتاب جامع سنگهای ایران بود که به صورت نفیس در دولت سید محمد خاتمی به چاپ رسید.

کار بعدی او انتشار مجله سنگ بود که بیش از ۲۰ شماره‌اش به چاپ رسید اما متاسفانه بعدها متوقف شد. محلوجی از این کار سه هدف داشت؛ اول اینکه با توجه به آثار سنگی تاریخی، مردم متوجه قدمت، سابقه و پیشینه هنر سنگ‌تراشی در کشور بشوند. دوم این‌که در این کتاب آثار سنگی تاریخی دنیا گنجانده شد تا مسئولان با راه‌ها و روش‌های حفظ و نگهداری این آثار ارزشمند آگاه شوند و سوم این‌که مردم بتوانند نحوه کاربرد سنگ‌ها را فرا بگیرند.

ساخت دانشکده معدن دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ساخت دانشکده متالورژی دانشکده فنی تهران و ساخت ده‌ها دانشگاه و دانشکده در سراسر کشور از دیگر اقداماتی بود که توانست به توسعه علمی در بخش معدن کمک زیادی کند.

محلوجی خصوصی‌سازی معادن را بدون قانون اصل ۴۴ آغاز کرد. او در این باره می‌گوید: «وقتی خواستیم معادن را واگذار کنیم، شروع کردند به روضه خواندن که معادن جزء اَنفال است و طبق قانون تشکیل وزارت معادن و فلزات، معادن باید در اختیار این وزارت باشد. از تصویب شورای‌عالی معادن گذراندیم که هر کس خواست کارخانه سیمان احداث کند، معدن مال خودش. مصوب کردیم و همه معادن سنگ آهک در اختیار کارخانه‌های سیمان قرار گرفت. یعنی از آن به بعد، هر کس می‌خواست کارخانه سیمان احداث کند و معدنش را هم پیدا می‌کرد، معدن مال خودش می‌شد. حالا وزارت معادن و فلزات حقوق دولتی می‌خواست که یا می‌گرفت یا نمی‌گرفت. از همان جا واگذاری معادن به بخش خصوصی آغاز شد.»

بنابراین افرادی که آمادگی سرمایه‌گذاری روی معادن را داشتند معادن را به آن‌ها واگذار می‌کردند. مدیران همه استان‌ها می‌توانستند این کار را بکنند اما برای این‌کار سه شرط گذاشته بودند؛ اول این‌که معادن همچون گذشته دست آدم‌های بی‌سواد نباشد، بلکه شرکت‌هایی ایجاد و تشکیل شود و آن‌ها نیز مهندسان معدن را استخدام کنند تا با استانداردهای صحیح و روش‌های علمی معادن را استخراج کنند. دوم این‌که ابزارهای لازم را در اختیار داشته باشند. ابزارهایی که بتوانند به صورت مدرن سنگ‌های تزیینی را فرآوری و استخراج کنند. سوم این‌که انفجار را در معادن سنگ تزیینی ممنوع کنند و اگر کسی این کار را انجام داد او را خلع‌ید کنند. این سه شرط، محورهای اصلی کار واگذاری معادن بودند.

او بعد از این اقدامات در مجلس چهارم استیضاح شد. محلوجی به اعتقاد خودش در رابطه با این استیضاح می‌گوید: «به‌طور قطع و یقین یکی از عوامل استیضاح او حسادت بود. به‌هرحال در اسلام هم سفارش شده مراقب حسودان باشید و این یک واقعیت است. من با تمام وجودم احساس می‌کردم عده‌ای نمی‌توانند ببینند فردی که به هیچ حزب و دسته‌ا‌یی وابسته نیست، کارش با توفیق پیش رفته است. عده‌ایی هم مطامعی داشتند که من زیر بار نرفتم. کسانی من را استیضاح می‌کردند که حتی یک بار هم مجتمع فولاد مبارکه را ندیده بودند ولی درباره کم و کیف این مجتمع نظر می‌دادند. این‌ها بعدها رفتند و مجتمع مبارکه را دیدند و رسماً عذرخواهی کردند.»

نتیجه اخلاقیات و تصمیمات مدیریتی درست محلوجی سبب شد که در دوره وزارت او پروژه‌های عظیمی نظیر معدن چادرملوی یزد، فولاد مبارکه، بهینه‌کردن تکنولوژی ذوب‌آهن، طرح قائم، استحصال طلا از معدن موته، فن‌آوری تولید روی، بهره‌برداری از معادن مس سونگون، سنگ آهن گل گهر سیرجان، آلومینیوم المهدی و .. راه‌اندازی شد و به بهره‌برداری رسید.