Entre 1924 y 1925 dirigió a las fuerzas armadas contra una rebelión en el estado de São Paulo. De 1927 a 1930 Rondon fue encargado de estudiar las fronteras entre Brasil y sus países vecinos. Este trabajo acabó durante la Revolución de 1930, cuando fue reasignado al "Serviço de Proteção ao Índio." En el periodo comprendido entre 1934 y 1938 fue asignado a una misión diplomática que medió en la disputa entre Colombia y Perú generada por la Guerra colombo-peruana. En 1939 reasumió la dirección del "Serviço de Proteção ao Índio", y expandió el servicio a nuevos territorios de Brasil. En 1943 constituyó el territorio de Guaporé, que en 1956 tomó el nombre de Rondonia en su honor. En 1952 Rondon fundó el primer parque nacional en Brasil, ubicado al margen del río Xingú, creado para proteger a los nativos de la zona.