Počas februárovej revolúcie, ktorá zvrhla cára Mikuláša II., sa Ľvov stal hlavou dočasnej vlády, formálne menovanou cárom, ako jeho posledným zásahom do politiky. Ľvovova vláda však nemala dostatočnú podporu, Ľvov preto v júli roku 1917 odstúpil v prospech ministra spravodlivosti jeho vlády, Alexandra Kerenského.