Kołarow początkowo pełnił obowiązki przewodniczącego Zgromadzenia Narodowego oraz tymczasowego prezydenta; jako najważniejsza osoba w państwie reprezentował Bułgarię na po wojennej paryskiej konferencji pokojowej w 1946 roku. Po uchwaleniu nowej konstytucji w 1947 roku, która największą władzę skoncentrowała w osobie premiera, wszedł do rządu, na którego czele stanął Dimitrow. Był wicepremierem oraz ministrem spraw zagranicznych (1947–1949).
Tymczasem w obozie komunistycznym zaczęła się tworzyć opozycja wobec jednowładztwa Dimitrowa oraz brutalnych metod stosowanych – za przyzwoleniem Moskwy – w zwalczaniu przeciwników politycznych (np. w 1947 roku zamordowany został Petkow, który konsekwentnie odmawiał wejścia do rządu). Dlatego na specjalnie zwołanym plenum KC BPK (11–12 czerwca 1949 roku) Kołarow zarzucił buntownikom, w większości wysokim przedstawicielom własnej partii (w tym wicepremierowi Trajczo Kostowowi) działalność antyradziecką (m.in. wspieranie Jugosławii, która właśnie wystąpiła z bloku sowieckiego) oraz próbę otrucia premiera Dimitrowa. Pół roku później wszyscy oskarżeni zostali skazani na karę śmierci.
Po niespodziewanej śmierci Dimitrowa w lipcu 1949 roku Kołarow został premierem.