Cosgrave tuki joulukuussa 1921 solmittua kiisteltyä Ison-Britannian ja Irlannin sopimusta ja 1922 hänestä tuli Michael Collinsin johtaman väliaikaisen hallituksen kuntaministeri sekä myöhemmin valtiovarainministeri. Kun Collins sisällissodan puhjettua siirtyi heinäkuussa 1922 johtamaan armeijaa, Cosgrave tuli 25. elokuuta hänen tilalleen väliaikaisen hallituksen johtoon. Kahta viikkoa myöhemmin hänet valittiin myös Dáil Éireannin puheenjohtajaksi äkisti kuolleen Arthur Griffithin tilalle. Kun Irlannin vapaavaltion perustanut sopimus astui voimaan 6. joulukuuta 1922, Cosgravesta tuli toimeenpanvan neuvoston puheenjohtaja eli pääministeri. Huhtikuussa 1923 hänet valittiin myös vastaperustetun Cumann na nGaedheal -puolueen johtajaksi. Hän onnistui luomaan sisällissodan jälkeiseen Irlantiin vakaan ja demokraattisen hallinnon, ja 1923 Irlanti liittyi Kansainliittoon. Veroja nostanut Cosgraven hallitus ei tosin ollut kovin suosittu kansan parissa, mutta varteenotettava oppositio puuttui, sillä Eamon de Valeran johtaman Sinn Féinin edustajat boikotoivat parlamenttia.