בשנת 1930 שב פולוק לארץ ישראל למלא תפקידים מטעם ממשלת המנדט. בתחילה היה סגן מושל מחוז הדרום. בראשית שנת 1938 נתמנה למושל נפת שכם וסגן מושל מחוז חיפה והשומרון. באוקטובר 1938 הוא מילא באופן זמני את מקומו של מושל המחוז. ביולי 1939 עם פיצול מחוז חיפה ושומרון לשני מחוזות, מונה למושל מחוז השומרון. בהמשך אותו חודש נתמנה לממלא מקום מושל מחוז חיפה בעת חופשתו של מושל המחוז מר ביילי. בעקבות פרוץ מלחמת העולם השנייה לא שב ביילי לתפקידו ופולוק היה למושל הקבוע של מחוז חיפה. באפריל 1942 עבר לכהן כמושל מחוז הגליל. באוקטובר 1944 נתמנה פולוק למושל מחוז ירושלים, תפקיד בו המשיך להחזיק גם בשלביה הראשונים של מלחמת העצמאות עד להקמת מדינת ישראל. פולוק חווה את שלביה הראשונים של המלחמה בירושלים וסביבתה, הפיצוץ בבנין הפלסטיין פוסט, הפיגוע ברחוב בן-יהודה, הקרב על שיירת נבי דניאל, קרב דיר יאסין וטבח שיירת הדסה, ועזב את העיר עם אחרוני הבריטים ובהם הנציב העליון אלן קנינגהם ב-14 במאי 1948. ביום הכרזת העצמאות כתב ג'יימס פולוק ביומנו: (יום מאוד עצוב...היהודים הכריזו על מדינתם העצמאית).