Nikolai II nimitti keisariperheen suosiossa olleen Golitsynin Venäjän pääministeriksi 9. tammikuuta 1917 (juliaanisen kalenterin mukaan 27. joulukuuta 1916). Helmikuun vallankumouksen puhjettua Pietarissa kaksi kuukautta myöhemmin Golitsyn ei pyrkinyt tosissaan pelastamaan vanhaa järjestelmää ja ilmoitti 12. maaliskuuta (27. helmikuuta) duuman puhemies Mihail Rodzjankolle hallituksensa eroamisesta. Golitsyn vangittiin, mutta hänet vapautettiin pian. Lokakuun vallankumouksen jälkeen hän vietti hiljaiseloa Pietarissa. Hänet vangittiin helmikuussa 1925 vastavallankumouksellisesta toiminnasta epäiltynä niin sanotussa ”lyseolaisten jutussa”. Hänet teloitettiin ampumalla Neuvostoliiton salaisen poliisin OGPU:n määräyksestä myöhemmin samana vuonna.