Som takk for sin militærtjeneste ble han utnevnt til guvernør av Michiganterritoriet av president James Madison den 29. oktober 1813, en stilling han beholdt frem til 1831. I ly av sin stilling som guvernør ledet han en ekspedisjon sammen med blant andre Henry Schoolcraft til de nordlige delene av Michiganterritoriet, rundt de nordlige delene av De store sjøer og dagens Minnesota, i et forsøk på å kartlegge områdene og finne kilden for Mississippi-elva. Kilden til elven var på denne tiden ikke klarlagt, noe som førte til en uavklart grensesituasjon mellom USA og Britisk Nord-Amerika. Ekspedisjonen fastslo feilaktig at innsjøen Cass-sjøen måtte være kilden til elven, men denne feilen ble rettet opp til å være Itasca-sjøen under Henry Schoolcrafts ekspedisjon i 1832.