På denne posten fikk Hammarskjöld gjennom kritiske år anledning til å bruke sine diplomatiske evner. Han forhandlet frem løslatelsen av 15 amerikanske soldater som var tatt til fange av Kina under Koreakrigen. Han løste en rekke konflikter i Kongo, Palestina, Israel og i Kambodsja. For sin innsats ble Hammarskjöld tildelt Nobels fredspris post mortem i 1961. Det er den eneste gangen at prisen er blitt tildelt noen etter vedkommendes død. Reglene er siden blitt endret, slik at dette ikke lenger er mulig.