W maju 1937 roku został premierem Wielkiej Brytanii. Jako premier prowadził politykę tzw. appeasementu (udobruchania), która polegała na stosowaniu ustępstw w polityce wobec hitlerowskich Niemiec i faszystowskich Włoch. Tą polityką kierował się Chamberlain w czasie negocjacji, jakie prowadził we wrześniu 1938 roku z Hitlerem w Berchtesgaden i Bad Godesberg. Taktyka ta miała na celu zachowanie pokoju w Europie za wszelką cenę, a także stworzenie przeciwwagi wobec zakusów stalinowskiego ZSRR na Europę Zachodnią. Innym wytłumaczeniem jego polityki może być próba odsunięcia wojny Wielkiej Brytanii z Niemcami ze względu na nieprzygotowanie do takiego konfliktu.

Zgodził się także podpisać układ monachijski oddający Niemcom część Czechosłowacji (tzw. Sudetenland). Takie postępowanie mogło wówczas utwierdzić Hitlera w przekonaniu, że Wielka Brytania zachowa neutralność wobec wszelkich jego działań w Europie. Chamberlain nie odważył się na reakcję wobec hitlerowskiego pogwałcenia układu monachijskiego przez wkroczenie 15 marca 1939 Wehrmachtu do Pragi.

Po krytyce jego działań ze strony opozycji zmienił nieco kurs swojej polityki zagranicznej.