Mit dem Beginn des Kapp-Lüttwitz-Putschs wich Müller mit anderen Regierungsmitgliedern nach Stuttgart aus. Nach der Entlassung des Kabinetts Bauer war Müller vom 27. März bis zum 6. Juni 1920 erstmals Reichskanzler (Kabinett Müller I). Die Erwartungen der Gewerkschaften und vieler Sozialdemokraten auf eine „Arbeiterregierung“ konnte Müller mit seiner Koalitionsregierung nicht erfüllen. Er konnte die DDP und das Zentrum nur mit Mühe zu einer Position bewegen, die denen der Gewerkschaften nicht völlig entgegenstand. Ein politischer Neuanfang war die Regierung nicht. Vielmehr war er Kanzler einer Übergangsregierung bis zur ersten regulären Reichstagswahl. In seine Amtszeit fielen als Folgen des Putsches die endgültige Niederschlagung des Ruhraufstands und der Unruhen in Mitteldeutschland. Daneben setzte er sich für die Auflösung der eher rechts gerichteten Einwohnerwehren ein. Auch die Einsetzung der zweiten Sozialisierungskommission, an der auch Vertreter der USPD beteiligt waren, fiel in seine Amtszeit. Außerdem stand die Reparationskonferenz von Spa bevor. Zeitweise wurde der Rhein-Main Raum von alliierten Truppen besetzt.