В 1818 году прусский и Гарденберг сделал ему предложение перейти на прусскую службу. С разрешения датского короля, Бернсторф принял это предложение. В том же году сменил Гарденберга на посту министра иностранных дел Пруссии. Представлял Пруссию на Ахенском (1818 год), Троппауском (1820 год), Лайбахском (1821 год) и Веронском (1822 год) Священного союза, а также на Карлсбадской конференции Германского союза (1819 год), где подписал Карлсбадские указы.