כמושל, רוקפלר חוקק חוקים מחמירים כנגד החזקה או מכירה של סמים. החוקים נועדו לטפל בעלייה הגדולה בהתמכרות לסמים ובפשע שנבע מכך. ב-1962 הציע תוכנית לגמילה במקום כליאה. המועצה המחוקקת אישרה זאת, אולם ב-1966 התברר שהתוכנית לא עבדה: רוב המכורים בחרו בתקופות קצרות בכלא במקום בשלוש שנות גמילה. רוקפלר החליט לכפות טיפולי גמילה, שאמנם הצליחה לגמול את המכורים, אולם לא הקטינה את הסחר בסמים ואת הפשע. רוקפלר האמין שהממשלה לא פעלה בנושא. הוא נקט קו קיצוני, וב-1973 העביר חוקים מחמירים בנושא. חוקים אלה, שנודעו בכינויים "חוקי הסמים של רוקפלר", נכנסו לתוקפם בשנת 1973 והם עדיין בתוקף, אף שעברו מספר שינויים שהפחיתו מחומרתם. חוקים אלה הם בין המחמירים ביותר על עבירות סמים בין מדינות ארצות הברית. הם קבעו מאסר עולם לכל סוחרי הסמים, משתמשי הסמים ואלו שפשעו בהשפעת הסמים. בנוסף הציעו החוקים 1,000 דולר לכל אדם שיוביל להרשעת סוחרי סמים ומחקו עונשים לקטינים. המכורים עדיין לא ניסו להיגמל, ונושא הסמים לא נפתר. רוקפלר הקים ועדה לבקרה על הסמים במדינה וסייע למחקר בנושא.
מהומות כלא אטיקה.
ב-9 בספטמבר 1971, השתלטו אסירים מכלא אטיקה על התאים והחזיקו בשלושים ותשעה שוטרים כבני ערובה. ב-13 בספטמבר 1971, לאחר ארבעה ימים של מהומות, הסכימה מחלקת המשטרה לרוב הדרישות של האסירים לביצוע רפורמות אולם סירבה להעניק למוחים חנינה ולפטר את מפקח הכלא. לאחר שהתברר שבני הערובה בסכנה, ציווה רוקפלר על אלף שוטרים ואנשי משמר לאומי להסתער על הכלא ב-13 בספטמבר. שלושים ותשעה איש נהרגו באירוע, מהם עשרה מתוך שלושים ושמונה בני הערובה שהחזיקו האסירים. שמונים נוספים נפצעו.
חקירה חשפה שרוב מקרי המוות אירעו כתוצאה מירי של אנשי כוחות הביטחון. רק שלושה מקרים התרחשו בידי אסירים. מתנגדי רוקפלר הטילו עליו באופן אישי את האחריות למקרי המוות, בין היתר כיוון שסירב להגיע לבית הכלא ולשוחח עם האסירים. מנגד, תומכיו, ואף שמרנים רבים שמתחו עליו ביקורת בעבר, הגנו על פעולותיו כהכרחיות לשמירה על החוק והסדר. רוקפלר טען שניסה כמיטב יכולתו להציל את בני הערובה והאסירים, להחזיר את הסדר ולמנוע פגיעה במעמד בתי הכלא.
בשיחה עם הנשיא ניקסון הצדיק רוקפלר את המוות בטענה שהחיים הם כאלה.
בנייה ותוכניות לעבודות ציבוריות.
המושל רוקפלר יזם תוכניות בנייה גדולות ממדים בתחום התשתיות, שהותירו רישומן על מדינת ניו יורק. הוא מצא עניין אישי בתוכניות הבנייה שיזם והתעניין בפרטיהן. מתנגדיו טענו שהיה לו "תסביך בניינים". הוא הקים קריית ממשלה ענקית, בתקציב של 2 מיליארד דולר, באולבני, בירת המדינה, הנקראת כיום על שמו. הוא תמך בשיפוץ מרכז הסחר העולמי.
תוכניות נוספות.
רוקפלר שיתף פעולה עם האיגודים המקצועיים לקידום תוכניות פנסיה לעובדי מדינה רבים, כגון מורים, מרצים, כבאים, שוטרים וסוהרים. הוא קבע במדינת ניו יורק את שכר המינימום הגבוה ביותר מכל מדינה אחרת בארצות הברית, שהועלה חמש פעמים בכהונתו.
הוא גייס כספים באמצעות מפעל פיס, ביצע רפורמות בטיפול בבתי החולים לחולי נפש, הקים משרד לפנסיונרים ובנה כמעט 12,000 בתים למבוגרים. ניו יורק הייתה המדינה הראשונה שחייבה את נהגיה לחגור חגורות בטיחות. בנוסף הקים מועצה להגנת הצרכן.
הפלות.
רוקפלר תמך בשינוי חוקי ההפלות בניו יורק החל מ-1968. הוא לא התכוון לבטל את האיסור הוותיק על הפלות, אלא התכוון להרחיב את ההפלות שאושרו למען בריאות האמהות או במקרים של מומים בעובר.
הרפורמות לא עברו, אולם ב-1970, כשעבר חוק שביטל את האיסור על הפלות, חתם עליו רוקפלר. ב-1972 הטיל וטו על חוק שנועד להחזיר את האיסור על הפלות. הוא טען שלאף קבוצה אין זכות לכפות את חזונה המוסרי על כל החברה."
רפובליקני מתון.
רוקפלר נקט גישה פרגמטית ולא היה מחויב לאידאולוגיה כמו שהיה מחויב לפתרון בעיות ולתמיכת הציבור במהלכיו. בתחילת כהונתו נקט במדיניות פיסקלית שמרנית, אולם בסיום כהונתו הרחיב את התקציב. החלטותיו השמרניות בנושאים חברתיים היו שונות מהחלטותיו הליברליות בנושאי איכות הסביבה. השמרנים במפלגה הרפובליקנית, כבארי גולדווטר ורונלד רייגן, התנגדו לרוקפלר הליברל. כמושל, אף שנבחר מטעם המפלגה הרפובליקנית, נקט בקו ליברלי בנושאים כלכליים והעלה את הוצאות השלטון המרכזי. רוקפלר השקיע בתשתיות, קידם נושאים סביבתיים, עזרה לעסקים ונושאי ביטחון סוציאלי. שלא כמו שמרנים רבים אחרים, שהתנגדו לאיגודים מקצועיים, רוקפלר שיתף פעולה עם האיגודים, במיוחד עם האיגודים בתחום הבנייה, שנהנו מן היוזמות הרבות שהחל בתחום התשתיות.
בנושאי חוץ, תמך רוקפלר במעורבות אמריקנית בארגון האומות המאוחדות ובסיוע חיצוני למדינות. בנוסף תמך במאבק נגד הקומוניזם ובחברות בנאט"ו. כתוצאה ממדיניותו, הוקמה המפלגה השמרנית בניו יורק, ובניגוד אליה, המפלגה הליברלית בניו יורק. רבים טענו שרוקפלר ניסה לבצע יותר מדי פרויקטים בזמן קצר, והעלה את החוב של המדינה, מה שתרם למשבר הפיננסי ב-1975. רוקפלר יצר 230 רשויות לטובת הציבור, שהשתמשו באיגרות חוב בריבית גבוהה. בשנה הראשונה לכהונתו (59–60) עמד תקציב המדינה על 2.04 מיליארד דולר בעוד שבשנה האחרונה לכהונתו (73–74) עמד תקציב המדינה על 8.8 מיליארד דולר. רוקפלר העלה מיסים שמונה פעמים בחמש עשרה שנותיו בתפקיד." נטל המס עלה לרמה הגבוהה ביותר ברחבי ארצות הברית, והמיסוי עלה יותר למשלם המיסים.
פוליטיקה לאומית.
אף שזכה פעמים חוזרות בבחירות למשרת מושל מדינת ניו יורק, שאיפתו של רוקפלר לאורך שנים הייתה להיבחר לנשיאות ארצות הברית. הוא הוציא מכיסו מיליוני דולרים בניסיון לזכות בבחירות המקדימות של המפלגה הרפובליקנית בשנים 1960, 1964 ו-1968. בשנת 1960 עזב את המירוץ עוד בשלבים המוקדמים לאחר שריצ'רד ניקסון זכה ביתרון משמעותי בסקרים. לאחר שפרש, תמך באופן נלהב בניקסון והתרכז במיתון עמדותיו של ניקסון.
בבחירות המקדימות בשנת 1964 נחשב למועמד מוביל בהתמודדותו בתור מנהיג האגף המזרחי והמתון מול הסנאטור בארי גולדווטר מאריזונה, שהציג דעות שמרניות יותר והוביל את האגף הימני במפלגה הרפובליקנית. ב-1963, שנה לאחר גירושיו מאשתו הראשונה, התחתן רוקפלר עם מרגרטה "הפי" מרפי, גרושה עם ארבעה ילדים. אולם גירושיו של רוקפלר ונישואיו בשנית פגעו באהדה אליו מצד מצביעים שמרנים ונשים נשואות. הפוליטיקאים גינו את הפרשה, בעיקר פרסקוט בוש מקונטיקט, שטען שרוקפלר בגד באשתו. רוקפלר סיים שלישי בבחירות המקדימות בניו המפשייר בחודש פברואר, כשהוא מפגר אחרי הנרי קבוט לודג' הבן וגולדווטר. הוא המשיך וקיבל מעט קולות בבחירות המקדימות במספר מדינות נוספות, עד שזכה באופן מפתיע בבחירות המקדימות באורגון בחודש מאי. רוקפלר הוביל בבחירות המקדימות בקליפורניה, ומטה הבחירות שלו היה סבור שהוא ינצח ולכן קיצץ בתקציב הפרסום בימים האחרונים במסע הבחירות. אולם שלושה ימים לפני הבחירות נולד בנו מנישואיו השניים, דבר שהחזיר לכותרות את פרשת גירושיו. בבחירות בקליפורניה שהתקיימו בתחילת חודש יוני, הפסיד רוקפלר בהפרש זעום לגולדווטר, ופרש מן המירוץ. במהלך מערכת הבחירות הסביר ליועצו הפוליטי שהוא כל מה שנשאר מהאגף המזרחי של המפלגה. הוא הגזים, אבל היה ברור שהאגף שלו במפלגה נמצא בקריסה.
בוועידה הרפובליקנית הלאומית שנערכה ביולי בסן פרנסיסקו, קיבל רוקפלר חמש דקות לנאום בזכות חמישה תיקונים למצע שהאגף המתון הגיש נגד המצע של גולדווטר. הוא נאלץ לנאום במשך שש עשרה דקות כשהקהל צעק לו בוז והוא התעקש על זכותו לדבר. תומכי גולדווטר התעקשו שהצירים לא היו אלו שצעקו, אלא הצופים מהגלריה. רוקפלר לא רצה לתמוך בגולדווטר בבחירות הכלליות. העימות בין רוקפלר וגולדווטר המשיך במהלך הקריירה שלהם, וגולדווטר התנגד למינויו של רוקפלר לסגנו של פורד ב-1974 ומנע ממנו להיות המועמד ב-1976.
בשנת 1968 ניסה פעם נוספת לזכות בתמיכת מפלגתו כמועמד לנשיאות. הוא התמודד מול ניקסון ורונלד רייגן. תומכיו במפלגה נקראו "הרפובליקנים של רוקפלר". הוא היה הליברלי מבין השלושה, בעוד רייגן ייצג את השמרנים ואילו ניקסון את המתונים שבמפלגה. רוקפלר לא הכריז על ריצתו באופן רשמי אלא רק רמז בחצי הראשון של 1968 שירוץ. מעט לפני הוועידה הלאומית, הודיע רוקפלר שיהיה מועמד וביקש למשוך צירים עצמאיים בטענה שהסקרים מראים שיצליח הרבה יותר משני המועמדים האחרים מול המועמד הדמוקרטי, יוברט המפרי. ניקסון הוביל באופן ברור לאורך כל הדרך, בזכות ארגונו, והביס בקלות את רייגן ורוקפלר.
לאחר שג'רלד פורד מונה לנשיאות, הוכרז רוקפלר כסגנו. הוא מילא תפקיד טקסי בלבד ולא התמודד ב-1976, כשבוב דול נבחר להיות סגנו המיועד של פורד.
משימה נשיאותית בדרום אמריקה.
בגלל שהברית לקדמה נכשלה, מעט לאחר שנכנס לתפקידו, ב-17 בפברואר 1969, הזמין הנשיא ריצ'רד ניקסון מחקר לגבי סיוע לאמריקה הלטינית. ניקסון מינה את יריבו הוותיק, רוקפלר, לערוך את המחקר. מערכת היחסים בין שניהם רמזה שניקסון לא יתעניין בתוצאות המחקר. בסוף שנות השישים ותחילת שנות השבעים לא היה עניין רב בדרום אמריקה.
באפריל ובמאי 1969, לבקשתו של ניקסון, ביקרו רוקפלר ועשרים ושלושה יועצים בעשרים רפובליקות אמריקניות כדי להכריע את הצורך של כל מדינה. רוקפלר המליץ לחתום על הסכמי סחר עדיף עם המדינות הלטיניות, לחזק את דירוג האשראי של האזור ולהסיר מחסומים ביורוקרטיים. ממשל ניקסון לא השתמש בדו"ח. רוקפלר טען בדו"ח שישנו כעס גדול באזור על חוסר בשיפור מהיר של איכות החיים, והטלת אשמה על ארצות הברית.