1844 wurde Woronzow zum Vizekönig des Kaukasus ernannt und erhielt den Fürstentitel. Trotz vorangeschrittenen Alters erwarb er sich auch im Südkaukasus Verdienste um die Entwicklung der Kultur, des Handels, der Industrie und des Verkehrswesens, wobei er jedoch im Kampf gegen die Tschetschenen und Awaren Rückschläge hinnehmen musste. So wurde ein von ihm entsandtes Heer 1845 der Tschetschenen und Awaren um Imam Schamil abgewehrt. Im Gegensatz zu seinen militärischen Maßnahmen war jedoch die von ihm eingeleitete infrastrukturelle Weiterentwicklung der Kaukasusregion erfolgreich. 1848 verpflichtete er den Italiener Giovanni Scudieri als Chefarchitekten von Tiflis. Im selben Jahr gründete er in Tiflis das erste Theater in Transkaukasien, 1846 die erste öffentliche Bibliothek. Auf ihn gehen unzählige Bildungsinstitutionen und Gelehrtengesellschaften zurück, darunter die erste Zeitschrift in georgischer Sprache "Ziskari", das "Ethnographische Museum" und eine Filiale der "Kaiserlich-Russischen Geografischen Gesellschaft". Sein Palast (heute "Jugendpalast") ist bis heute ein Schmuckstück im Zentrum der georgischen Hauptstadt.