Liberal gesinnt und eifriger Patriot, plante Carvalho seit Dezember 1817 mit seinem Freund Manuel Fernandes Tomás sowie mit José Ferreira Borges u. a. die Befreiung des Vaterlandes von den Engländern und eine konstitutionelle Verfassung. Nach dreijährigen Vorarbeiten brach schließlich am 24. August 1820 die liberale Revolution in Porto aus. Carvalho wurde Mitglied und Sekretär der an diesem Tag proklamierten provisorischen Junta und 1821 Mitglied der von den Cortes eingesetzten Regentschaft. Diese verwaltete das Reich bis zur Ankunft des Königs Johann VI., der im Juli 1821 die Regierung übernahm und am 1. Oktober 1822 die von den Cortes ausgearbeitete demokratische Verfassung beschwor. Johann VI. erhob Carvalho zum Präsidenten der Lissaboner Munizipalität und bald darauf zum Justizminister, in welcher Stellung er bis zur von ihm vorhergesehenen konservativ-absolutistischen Konterrevolution von 1823 blieb. Diese wurde vom Infanten Miguel angeführt. Damals floh Carvalho nach England und lebte hier in kärglichen Verhältnissen.