1956年，任日本首相
鸠山首相兼自民党总裁执政两年，在实行日苏邦交后，于1956年11月5日正式提出辞职。围绕下任总裁即首相一职，自民党内各派系展开了建党后首次大混战，按石田博英的说法，参加这场争夺战的有去“七个师团三个联队”（师团意指为拥有20名议员以上的派系，指岸信介、石井光次郎、石桥湛山、大野伴睦、河野一郎、三木武夫、松村谦三、吉田茂等派。吉田派又分为池田勇人和佐藤荣作两派；联队意指拥有10名左右议员的派系，指北村德二郎、大麻唯男、芦田均等派）。自民党总裁选举时，岸223票，石桥151票，石井131票。因均未过半数，只得再次进行表决。由于石井派大部分转投石桥的票，决选结果，石桥得258票，岸得251票，石桥以7票优势获胜，当选为自民党第二任总裁，并继任首相，于1956年12月27日成立石桥内阁。
石桥上任后，曾多次发表施政演说。1957年1月8日，他在日比谷公会堂演讲时，把新内阁的政策主张概况为“五项誓言，”即国会活动正常化，严肃政界和官场纪律，扩大就业和增加生产，建设福利国家，确立世界和平。这五项誓言，前两项是关于政治方面的。石桥主张廉洁的政府，力图调解党内矛盾，进而消除派系，使执政党与在野党一起在国会发挥作用，保证议会政治的运行。第三、第四项是关于经济方面的。与以前历届内阁不同点是，石桥不但重视增加生产，还把社会就业，福利问题摆在重要位置，在实施这一政策时，提出减税1000万，公共投资1000万的口号，制定了积极财政预算，刺激业已高速起步的经济发展。第五项是外交政策。由于日苏已实现邦交，石桥便把重点放在改善对华关系上，对日中两国的民间贸易活动表示了支持态度。此外，在石桥的短暂任期内，使日本与厄瓜多尔、波兰、捷克斯洛伐克等国实现了邦交。
可惜的是，石桥因病未及实践上述主张，便匆匆告别了政坛。病因是参加母校早稻田大学为他举行的欢迎大会时，在露天会场着凉患了感冒。病情发展到肺炎和三叉神经麻痹，发生了语言障碍，不得不遵医嘱休息两个月。（官方对外宣称是肺炎，实际上的病因是脑梗）石桥是个责任心很强的人，为长时期不能亲理国务深感不安，于是从政治良心出发，向国会递交了请求辞职的《石桥书简》。石桥执政总共只有63天，在历届首相中，象他这样主动放弃政权的实在不多见。
