Od stycznia 1938 szef sztabu generalnego obrony narodowej. Rzecznik strategii defensywnej Francji, wynikającej z istnienia ochronnej linii Maginota. Rozpoczął unowocześnianie i reorganizację armii francuskiej, na co rząd francuski wyasygnował 14 mld franków. W 1938 nalegał jeszcze na premiera Édouarda Daladiera, by pozwolił mu podjąć działania przeciwko Niemcom związane ze sprawą Niemców sudeckich w Czechosłowacji, zakończoną układem monachijskim (29-30 września 1938). Gamelin bardzo nisko oceniał siłę militarną faszystowskich Włoch, sojusznika Niemiec. W maju 1939 podpisał z polskim ministrem spraw wojskowych, generałem Tadeuszem Kasprzyckim tajny protokół, na mocy którego Francja zobowiązała się, że w razie agresji niemieckiej na Polskę ma przyjść jej z pomocą, tj. wspierać ją akcjami bojowymi lotnictwa francuskiego od pierwszego dnia wojny, ograniczonymi działaniami zaczepnymi od trzeciego dnia wojny, a piętnastego dnia od mobilizacji generalną ofensywą.