เมื่อวันที่ 9 ก.ย. 2546 ร.อ. ธรรมนัส พรหมเผ่า ได้เปิดแถลงข่าวการลาออกจากรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ โดยเปิดเผยว่าไม่มีความสบายใจในการทำงาน และขอกลับไปทำงานที่พะเยา
ร.อ.ธรรมนัส กล่าวว่า ตนเองตั้งมั่นมาโดยตลอดว่า จะทำงานเพื่อประชาชน ยึดประโยชน์ประเทศชาติเป็นที่ตั้ง แต่ตลอดเวลาที่ดำรงตำแหน่งมา บรรยากาศไม่เป็นอย่างที่คิดไว้ จึงอยากกลับมาอยู่จุดเดิม คือการเป็น ส.ส. เป็นตัวแทนพี่น้องประชาชน ทำเพื่อประเทศชาติจริงๆ ไม่ใช่รองรับหรือทำอะไรเพื่อคนบางกลุ่ม โดยตนได้ลงนามหนังสือลาออกตั้งแต่เมื่อวานนี้แล้ว และได้ตัดสินใจแล้วว่าจะเลือกทางเดินใหม่ โดยยึดหลักผลประโยชน์ของประเทศชาติ พร้อมกับกราบขอโทษพี่้น้องประชาชน ที่ไม่สามารถทำในสิ่งที่รับปากได้
ร.อ.ธรรมนัส ยอมรับว่า เมื่อตัดสินใจลาออกแล้ว ก็แปลว่าคงเดินไปด้วยกันไม่ได้ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้กราบเรียนกับหัวหน้าแล้วว่าจะลาออกตั้งแต่วันจันทร์ที่ผ่านมา แต่หัวหน้าได้ห้ามไว้ และในเวลานี้ยังไม่มีความชัดเจนว่า จะยังอยู่กับพรรคพลังประชารัฐหรือไม่ เป็นเรื่องที่ต้องคิดต่อไป และยังไม่ได้ตัดสินใจคุยกับใคร
ส่วนเรื่องความสัมพันธ์กับ พล.อ.ประยุทธ์ พล.อ.ประวิตร และ พล.อ.อนุพงษ์ เป็นอย่างไร ร.อ.ธรรมนัสกล่าวว่า ความสัมพันธ์กับหัวหน้า ยังรักและเคารพเหมือนเดิม ส่วนอีก 2 คนไม่ได้หมายความว่าแตกหัก แต่ต้องเลือกเดิน บ้านหลังใหม่ก็จะเป็นการสร้างบ้าน ส่วนใครจะไปด้วยไหมนั้นไม่สามารถตอบได้
ทั้งนี้ เนื้อหาภายในจดหมายลาออกของร.อ.ธรรมนัสมีใจความดังนี้
ตามที่ข้าพเจ้า ร้อยเอกธรรมนัส พรหมเผ่า ได้รับการแต่งตั้งจากท่านายกฯให้ดำรงตำแหน่ง รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์นั้น และต่อมาได้มีพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าให้ดำรงตำแหน่งดังกล่าวแล้วนั้น
บัดนี้ข้าพเจ้า ร้อยเอกธรรมนัส พรหมเผ่า มีความประสงค์จะขอลาออกจากตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการเกษตรและสหกรณ์ ตั้งแต่วันที่ 8 กันยายน 2564 เป็นต้นไป จึงเรียนมาเพื่อโปรดทราบ
ราชกิจจาฯ ประกาศให้ ธรรมนัส พรหมเผ่า – นฤมล ภิญโญสินวัฒน์ พ้นจากความเป็นรัฐมนตรี
