В 1742 году во время русско-шведской войны 1741—43 годов занимал должность генерал-губернатора Санкт-Петербурга и главнокомандующего войсками, которые должны были защищать столицу от возможного нападения шведов. После отстранения за бездеятельность З. Д. Мишукова от командования Балтийским флотом в 1743 году назначен на его место. 8 мая 1743 года флот (34 галеры, 70 кончебасов) под командованием Головина вышел с десантом из Кронштадта. Позднее к нему присоединились ещё несколько галер с войсками на борту. В районе Суттонга корабли заметили на горизонте шведский гребной флот, усиленный парусными кораблями. Однако шведы снялись с якоря и ушли. 14 июня неприятельский флот вновь показался возле острова Дегерби к востоку от Аландских островов, но опять предпочёл не ввязываться в сражение и отошёл. Действия Головина на посту командующего вызвали критику в Санкт-Петербурге.