1815 schloss Guilleminot als Chef des Stabes unter General Davout die Kapitulation von Paris und blieb auch nach der Restauration im aktiven Dienstverhältnis. Er wurde Chef des Topographischen Korps und leitete die Vermessungen an der Grenze der Schweiz. 1816 trat er als Generaldirektor des Kriegsdepots an die Spitze des gesamten Karten- und Vermessungswesens. Im Feldzug gegen Spanien war Guilleminot 1823 als Generalstabschef des Herzogs von Angoulême der eigentliche Leiter der Operation. Anschließend wurde er im Oktober 1823 zum Pair und 1824 zum französischen Gesandten in Konstantinopel ernannt, wo er großen Einfluss auf Sultan Mahmuds II. militärische Reformen gewann. 1826 kehrte er nach Paris zurück, wurde im Prozess gegen Ouvrard wegen der zu Bayonne für den spanischen Krieg abgeschlossenen Armeelieferungsverträge freigesprochen und kehrte, nachdem er sich noch in einer besonderen Schrift gerechtfertigt hatte, auf seinen Gesandtschaftsposten zurück. Dort trat er geschickt für die Unabhängigkeit Griechenlands ein, unterstützte 1828 und 1829 während des Russischen Kriegs die Pforte durch seinen Rat und bekämpfte nach der Julirevolution von 1830 die russischen Einflüsse im Osmanischen Reich. Im März 1831 riet er der Pforte sogar zum Krieg gegen Russland. Diese seine Tätigkeit wurde aber von seiner Regierung nicht gebilligt und Guilleminot deshalb noch 1831 abberufen. Er erklärte sich in der Pairskammer bereit, Aktenstücke zum Beweis vorzulegen, dass er seine Vollmachten nicht überschritten habe. Doch wurde die Mitteilung dieser Akten durch den Außenminister Graf Sébastiani hintertrieben.