På midten av 1980-tallet flyttet Carstens tilbake til Mexico, og sluttet seg til sentralbanken. Før fylte 30 ble han utnevnt til kasserer, med ansvar for de nasjonale valutareservene. Han steg gjennom gradene i begynnelsen av 1990-tallet, og ble utnevnt til stabssjef for sentralbanksjef Miguel Mancera Aguayo, og fungerte som generaldirektør for økonomisk forskning på slutten av 1990-tallet, med ansvar for utformingen av bankens økonomiske politikk sammen med sentralbanksjef Guillermo Ortiz Martínez i kjølvannet av «Tequilakrisen» (1994–95) og den russiske finansielle krisen i 1998 («Rubelkrisen»).