I 1946 gikk han i FNs tjeneste og ble av generalsekretær Trygve Lie sendt til Midtøsten for planlegge en deling av Palestina mellom arabere og jøder. Araberne aksepterte ikke noen jødisk stat og gikk til krig mot Israel. Da Folke Bernadotte ble drept av jødiske ekstremister høsten 1948, måtte Bunche erstatte ham i denne oppgaven. Han lyktes å oppnå en våpenhvile etter vanskelige forhandlinger. I 1950 ble han tildelt Nobels fredspris for sin mekling i Palestina fra 1948 til 1949. Han ble dermed den første afroamerikaner som mottok fredsprisen.