Oktober 1897 opptrådte han for første gang offentlig som dirigent, og resten av livet dirigerte han hyppig ved siden av komponistgjerningen. I årene 1900 og 1901 var Stenhammar kapellmester ved Stockholmsoperaen før han i 1907 ble sjefsdirigent ved , dagens Göteborgs Symfoniker. Denne posten hadde han til 1922. I 1916 ble han utnevnt til æresdoktor ved Universitetet i Göteborg. Årene 1923 til 1925 var han igjen kapellmester ved Stockholmsoperaen. Stenhammar var en høyt aktet personlighet innen skandinavisk musikkliv, og venn av flere berømte musikerkolleger.