Jako jeden z nejlepších rakouských diplomatů byl na podzim 1797 Cobenzl vyslán na jednání o míru v Campo Formiu, který ukončil jednu sérii válek s revoluční Francií. Cobenzl několikrát jednal s Napoleonem Bonapartem, ale nedokázal zvrátit nepříznivé důsledky pro habsburskou monarchii. Přes dílčí územní zisky muselo Rakousko rezignovat na svůj dosavadní vliv v Itálii. Po míru v Campo Formiu byl rakouským delegátem na navazujícím mírovém kongresu v Rastattu (1797–1799). Pak se vrátil do Petrohradu, kde však za vlády cara Pavla I. neměl již takový vliv jako za Kateřiny II. Pavel I. po dlouhém vyjednávání přistoupil na zapojení ruských vojsk do další války v Itálii. Když se ale Rusko po státním převratu ve Francii sblížilo s novým režimem prvního konzula Bonaparta, musel být Cobenzl na přímý popud Pavla I. odvolán (1800). Po návratu do Vídně byl jmenován státním a konferenčním ministrem a v roce 1801 byl zplnomocněncem na mírových jednáních v Lunéville. Zde se opět setkal s Napoleonem, ale stejně jako předtím v Campo Formiu se mu s ohledem na výsledek války nepodařilo vyjednat pro Rakousko uspokojivé podmínky. V letech 1801–1805 byl rakouským státním kancléřem a ministrem zahraničí. I když byl dlouholetým osvědčeným diplomatem, na řízení celé habsburské monarchie jeho schopnosti již nestačily. Vyznával navíc konzervativní postoje, které nestačily reflektovat rychle se měnící poměry v Evropě během napoleonských válek. Jako ministr zahraničí měl značný podíl na počátku úspěšné kariéry knížete Metternicha, který byl později dlouholetým státním kancléřem.