Den 12. september 1985 ble Graham nominert av president Ronald Reagan til stillingen som assisterende administrator for NASA. Han ble bekreftet av det amerikanske senatet til denne posisjonen den 18. november og tatt i ed den 25. november 1985. I en kortere periode fra 4. desember 1985 til 11. mai 1986, fungerte Graham som assisterende administrator for NASA etter oppsigelsen av den tidligere direktøren, James M. Beggs.