1612. január 6-án a kevéssel előbb, 1611 októberében trónra került tizenhét éves király, II. Gusztáv Adolf kancellárjává "(rikskansler)" nevezte ki Oxenstiernát. A király legközelebbi munkatársaként a svéd arisztokrácia, az oligarchák érdekeit képviselte a korona előtt, s a gyakran távol lévő, háborúskodással elfoglalt király állandó helyettese lett. Oxenstierna haladó gondolkodású reformernek bizonyult, hatékonyabbá tette az udvari adminisztráció működését, és óvatos átalakításokba kezdett a svéd diplomácia területén is. 1613. január 20-án az ő iniciatívái alapján írták alá a legnagyobb riválissal, Dániával a kalmari háborút lezáró knäredi (vagy knærødi) békét. Ugyancsak teljhatalmú megbízottként járt el a svéd–orosz ingriai háborút lezáró sztolbovói béke 1617. február 27-ei aláírásakor, melynek következményeként Svédország a Ladoga-tóig terjedő területeket szerzett. Érdemei elismeréseképpen II. Gusztáv Adolf 1622-ben Livónia, 1626-ban pedig a frissében meghódított Poroszország kormányzójává tette hű emberét. Oxenstierna minden diplomáciai tehetségét latba vetette a Lengyel–Litván Perszonálunióval végül 1629. szeptember 25-én megkötött altmarki egyezmény tárgyalásai során, s ennek eredményeként Svédország megtarthatta Livóniát és a Visztula torkolata körüli poroszországi hódításait. 1631-ben elkísérte a királyt németországi hadjáratára, amelynek célja a svéd sereg és a protestáns német fejedelmek erőinek egyesítése, s ezzel a harmincéves háború megnyerése volt. Miután II. Gusztáv Adolf 1632. november 16-án elesett a lützeni csatatéren, Oxenstierna fogta össze a svéd csapatokat, megelőzve ezzel a demoralizált hadsereg szétzüllését.