در انتخابات دوره شانزدهم در ۱۳۲۸ تصمیم به مداخله گرفت و موفق هم بود؛ ولی با کشته شدن هژیر انتخابات تهران دوباره تکرار شد و با مقابله فضل‌الله زاهدی؛ رییس شهربانی که رقیب دیرینه او به‌شمار می‌رفت، نامزدهای جبهه ملی و هواداران ملی شدن نفت، به مجلس راه یافتند تا نیرومندترین اقلیت تاریخ پارلمانی ایران را برسازند. در تیرماه ۱۳۲۹ مجلسی که ظاهرا در اکثریت هواداران رزم‌آرا بود، رأی تمایل به نخست‌وزیری او داد و شاه به‌ناچار آن را پذیرفت و در ۵ تیر ۱۳۲۹ او را به نخست‌وزیری منصوب کرد؛ ولی دربار، جبهه ملی در مجلس و نیروهای مذهبی به رهبری سید ابوالقاسم کاشانی در خیابان، از سه جهت بر او می‌تاختند؛ به طوری‌که او با داشتن دولت، ارتش و اکثریت پارلمان و در شرایطی که چراغ سبز دو ابرقدرت شوروی و بریتانیا را نیز همراه داشت، یکی از ضعیف‌ترین دولت‌های ایران را در اختیار داشت. رزم‌آرا قصد داشت قرارداد الحاقی نفت (معروف به قرارداد گس-گلشاییان) را در مجلس به تصویب برساند، اما مخالفت جدی و گسترده جبهه ملی به وی اجازه این کار را نداد که این امر موجب شد که او در ۵ دی ۱۳۲۹ لایحه قرارداد الحاقی را از مجلس پس بگیرد. اندیشه ملی شدن نفت در میان مردم گسترش یافته بود و رزم‌آرا توان مقابله با آن را نداشت. با این حال هنگام معرفی هیات وزیران به شاه و مجلسین، شش وزارتخانه دولت او وزیر نداشت و کابینه نیم‌بند بدون وزیر امور خارجه، راه، پست و تلگراف، کار و دارایی تصویب شد. در مجلس سنا دکتر احمد متین‌دفتری، سید محمد تدین، سرلشکر فضل‌الله زاهدی، حسین دادگر، دکتر محمود حسابی و عبدالحسین نیکپور هیچگاه از مخالفت با رزم‌آرا دست برنداشتند. در مجلس شورای ملی نیز فراکسیون هشت‌نفری جبهه ملی به رهبری دکتر محمد مصدق با او از در جنگ برآمدند. نخست‌وزیری رزم‌آرا با جنجال نفت همراه بود و او ناگزیر شد لایحه قرارداد گس-گلشاییان را که دولت محمد ساعد به مجلس داده بود پس بگیرد. رزم‌آرا چنین استدلال می‌کرد که ما توان فنی در اختیار گرفتن کامل صنعت نفت را نداریم و باید به افزایش سهم ایران از سود حاصل، به پنجاه درصد رضایت دهیم. همین باعث شد تا او را به عنوان یک خائن به منافع ملی ایران معرفی کنند. در بیرون از مجلس نیز جریان‌های گوناگون کشور از دربار تا اسلام‌گرایان تندرو ائتلافی بر ضد رزم‌آرا ایجاد کرده بودند. در روز شانزدهم اسفند سال ۱۳۲۹ سپهبد حاجعلی رزم‌آرا در مسجد شاه تهران کشته شد. خلیل طهماسبی، عضو فداییان اسلام، گروه وابسته به شهید نواب صفوی، همان جا دستگیر و مسوولیت قتل را به عهده گرفت. در روز ترور، اسدالله علم که خود مشوق رزم‌آرا برای حضور در مسجد بود پس از اطلاع از قتل رزم‌آرا به نزد شاه رفته و اعلام می‌کند: «کلک او کنده شد.»
