El 13 de agosto de 1923, en plena crisis del Ruhr, fue nombrado canciller y ministro de Asuntos Exteriores de un gobierno de gran coalición. Como canciller, Stresemann contribuyó en gran medida a resolver la crisis. En el llamado año de las crisis (1923) demostró su fuerza al suspender la resistencia popular pacífica en el Ruhr. Como Alemania ya no podía pagar a los trabajadores en huelga, se imprimió más y más dinero, lo que finalmente condujo a la hiperinflación. Hans Luther, que era el actual ministro de Finanzas, puso fin a este desastroso proceso introduciendo una nueva moneda, el Rentenmark, que tranquilizó al pueblo en el sentido de que el sistema democrático estaba dispuesto a resolver los problemas urgentes y era capaz de hacerlo.
La decisión de Stresemann de poner fin a la resistencia pasiva estaba motivada por su opinión de que hacer un esfuerzo de buena fe para cumplir los términos de Versalles era la única manera de obtener un alivio de las disposiciones más duras del tratado. Él, como prácticamente todos los alemanes, consideraba que Versalles era un Diktat oneroso que manchaba el honor de la nación. Sin embargo, consideraba que intentar cumplir los términos del tratado era la única forma en que Alemania podía demostrar que la factura de las reparaciones estaba realmente por encima de su capacidad. También deseaba recuperar Renania: escribió al príncipe heredero el 23 de julio de 1923: "El objetivo más importante de la política alemana es la liberación del territorio alemán de la ocupación extranjera. En primer lugar, debemos quitarnos al estrangulador de la garganta".
Sin embargo, algunas de sus medidas -como su negativa a tratar con firmeza a los culpables del Putsch de la Cervecería- alienaron a los socialdemócratas. Abandonaron la coalición y provocaron su caída el 23 de noviembre de 1923. Stresemann permaneció como ministro de Asuntos Exteriores en el gobierno de su sucesor, el centrista Wilhelm Marx. Siguió siendo ministro de Asuntos Exteriores durante el resto de su vida en ocho gobiernos sucesivos que iban desde el centro-derecha hasta el centro-izquierda.
Como ministro de Asuntos Exteriores, Stresemann obtuvo numerosos logros. Su primer logro notable fue el Plan Dawes de 1924, que redujo el compromiso global de reparaciones de Alemania y reorganizó el Reichsbank.
Después de que Sir Austen Chamberlain se convirtiera en Secretario de Asuntos Exteriores británico, quería una garantía británica para Francia y Bélgica, ya que la garantía anglo-estadounidense había caído debido a la negativa de Estados Unidos a ratificar el Tratado de Versalles. Stresemann escribió más tarde: "Chamberlain nunca había sido nuestro amigo. Su primer acto fue intentar restaurar la antigua Entente mediante una alianza de tres potencias, Inglaterra, Francia y Bélgica, dirigida contra Alemania. La diplomacia alemana se enfrentaba a una situación catastrófica". Stresemann concibió la idea de que Alemania garantizara sus fronteras occidentales y se comprometió a no volver a invadir Bélgica y Francia, junto con una garantía de Gran Bretaña de que acudirían en ayuda de Alemania si era atacada por Francia. En ese momento, Alemania no estaba en condiciones de atacar, como escribió Stresemann al príncipe heredero: "La renuncia a un conflicto militar con Francia sólo tiene un significado teórico, en la medida en que no hay posibilidad de una guerra con Francia". Stresemann negoció los Tratados de Locarno con Gran Bretaña, Francia, Italia y Bélgica. En el tercer día de negociaciones, Stresemann explicó las exigencias de Alemania al Secretario de Asuntos Exteriores francés, Aristide Briand. Según declaró Stresemann, Briand "casi se cayó del sofá cuando escuchó mis explicaciones". Stresemann dijo que Alemania no debía ser la única en hacer sacrificios por la paz; los países europeos debían ceder colonias a Alemania; la comisión de control del desarme debía salir de Alemania; la ocupación anglo-francesa de Renania debía terminar; y Gran Bretaña y Francia debían desarmarse como lo había hecho Alemania. Los Tratados se firmaron en octubre de 1925 en Locarno. Alemania reconoció oficialmente por primera vez la frontera occidental posterior a la Primera Guerra Mundial, y se le garantizó la paz con Francia, y se le prometió la admisión en la Sociedad de Naciones y la evacuación de las últimas tropas de ocupación aliadas de Renania. Las fronteras orientales de Alemania fueron garantizadas a Polonia sólo por Francia, no por un acuerdo general.
Stresemann no estaba dispuesto a firmar un tratado similar con Polonia: "No habrá Locarno del Este", dijo. Además, nunca excluyó el uso de la fuerza para recuperar los territorios orientales de Alemania que habían quedado bajo control polaco como consecuencia del Tratado de Versalles. La razón fueron las atrocidades contra la minoría alemana en los antiguos territorios alemanes cometidas o toleradas por el gobierno polaco, véase: y Hermann Rauschning. En la sesión de la Sociedad de Naciones del 15 de diciembre de 1928 en Lugano Stresemann formuló una furiosa acusación contra Polonia por estos crímenes que eran bien conocidos por la Sociedad de Naciones. El presidente Aristide Briand, ministro francés de Asuntos Exteriores, concluyó la sesión después de este discurso con las palabras "La Sociedad de Naciones nunca debe romper el sagrado apoyo de los derechos de las minorías".
Después de esta reconciliación con las potencias de Versalles, Stresemann trató de disipar la creciente sospecha sobre la Unión Soviética. Le dijo a Nikolay Krestinsky en junio de 1925, según consta en su diario: "Había dicho que no vendría a concluir un tratado con Rusia mientras no se aclarara nuestra situación política en el otro sentido, ya que quería responder negativamente a la pregunta de si teníamos un tratado con Rusia". El Tratado de Berlín firmado en abril de 1926 reafirmó y reforzó el Tratado de Rapallo de 1922. En septiembre de 1926, Alemania fue admitida en la Sociedad de Naciones como miembro permanente del Consejo de Seguridad. Esto fue una señal de que Alemania se estaba convirtiendo rápidamente en un estado "normal" y aseguró a la Unión Soviética la sinceridad de Alemania en el Tratado de Berlín. Stresemann escribió al príncipe heredero: "Todas las cuestiones que hoy preocupan al pueblo alemán pueden ser transformadas en otras tantas vejaciones para la Entente por un hábil orador ante la Sociedad de Naciones". Como Alemania tenía ahora derecho de veto sobre las resoluciones de la Liga, podía obtener concesiones de otros países sobre las modificaciones en la frontera polaca o el Anschluss con Austria, ya que otros países necesitaban su voto. Alemania podía actuar ahora como "portavoz de toda la comunidad cultural alemana" y provocar así a las minorías alemanas de Checoslovaquia y Polonia.
Stresemann fue co-ganador del Premio Nobel de la Paz en 1926 por estos logros.
Alemania firmó el Pacto Kellogg-Briand en agosto de 1928. En él se renunciaba al uso de la violencia para resolver los conflictos internacionales. Aunque Stresemann no propuso el pacto, la adhesión de Alemania convenció a mucha gente de que la Alemania de Weimar era una Alemania con la que se podía razonar. Esta nueva percepción fue decisiva para el Plan Young de febrero de 1929, que condujo a más reducciones en el pago de las reparaciones alemanas.
El éxito de Gustav Stresemann se debió en gran medida a su carácter personal amable y a su disposición al cambio. Fue amigo personal de muchos extranjeros influyentes. El más destacado fue Briand, con quien compartió el Premio de la Paz.
Sin embargo, Stresemann no era en ningún sentido pro-francés. Su principal preocupación era cómo liberar a Alemania de la carga de los pagos de reparaciones a Gran Bretaña y Francia, impuestos por el Tratado de Versalles. Su estrategia para ello era forjar una alianza económica con Estados Unidos. Estados Unidos era la principal fuente de alimentos y materias primas de Alemania, y uno de los mayores mercados de exportación de productos manufacturados. Por tanto, la recuperación económica de Alemania redundaba en beneficio de Estados Unidos, y le daba un incentivo para ayudar a Alemania a librarse de la carga de las reparaciones. Los planes Dawes y Young fueron el resultado de esta estrategia. Stresemann tenía una estrecha relación con Herbert Hoover, que fue Secretario de Comercio en 1921-28 y Presidente a partir de 1929. Esta estrategia funcionó notablemente bien hasta que la Gran Depresión la desbarató tras la muerte de Stresemann.
Durante su estancia en el Ministerio de Asuntos Exteriores, Stresemann fue aceptando cada vez más la República, que al principio había rechazado. A mediados de la década de 1920, tras haber contribuido en gran medida a la consolidación (temporal) del débil orden democrático, Stresemann era considerado un Vernunftrepublikaner (republicano por la razón), alguien que aceptaba la República como el menor de los males, pero que en el fondo seguía siendo fiel a la monarquía. La oposición conservadora le criticó por su apoyo a la república y por cumplir con demasiada facilidad las exigencias de las potencias occidentales. Junto con Matthias Erzberger y otros, fue atacado como un Erfüllungspolitiker ("político de cumplimiento").
En 1925, cuando propuso por primera vez un acuerdo con Francia, dejó claro que con ello pretendía "obtener vía libre para asegurar un cambio pacífico de las fronteras en el Este y [...] concentrarse en una posterior incorporación de los territorios alemanes en el Este". Ese mismo año, mientras Polonia se encontraba en un estado de crisis política y económica, Stresemann inició una guerra comercial contra el país. Stresemann esperaba una escalada de la crisis polaca, que permitiera a Alemania recuperar los territorios cedidos a Polonia tras la Primera Guerra Mundial, y quería que Alemania obtuviera un mayor mercado para sus productos allí. Por ello, Stresemann se negó a participar en cualquier tipo de cooperación internacional que hubiera reestabilizado "prematuramente" la economía polaca. En respuesta a una propuesta británica, Stresemann escribió al embajador alemán en Londres: "[Una] recapitalización definitiva y duradera de Polonia debe retrasarse hasta que el país esté maduro para un arreglo de la frontera según nuestros deseos y hasta que nuestra propia posición sea suficientemente fuerte". Según la carta de Stresemann, no debería haber ningún acuerdo "hasta que la angustia económica y financiera [de Polonia] haya alcanzado una fase extrema y haya reducido a todo el cuerpo político polaco a un estado de impotencia".
Gustav Stresemann murió de un derrame cerebral en octubre de 1929, a la edad de 51. Su enorme tumba se encuentra en el cementerio berlinés de Luisenstadt, en Südstern, en Kreuzberg, e incluye obras del escultor alemán Hugo Lederer. La repentina y prematura muerte de Stresemann, así como la de su homólogo francés, el "pragmático moderado" Aristide Briand, en 1932, y el asesinato del sucesor de Briand, Louis Barthou, en 1934, dejaron un vacío en la diplomacia europea que inclinó aún más la resbaladiza pendiente hacia la Segunda Guerra Mundial.
Gustav y Käthe tuvieron dos hijos, Wolfgang y Joachim Stresemann.