Da Fredrik døde i 1588, og Christian IV ble innsatt som barnekonge, utnevntes Gyldenstjerne til stattholder i Norge og lensherre over Akershus. I løpet av hans tid som stattholder ble sorenskriverembetet opprettet, Akershus festning ble rustet opp, skattetrykket økte, grensene mot Sverige ble ettergått i nord, og Gyldenstjerne spilte personlig en rolle i å oppmuntre Peder Claussøn Friis til å oversette kongesagaene til norsk.