W 1989, po rezygnacji Lange'a, objął tekę premiera. Pomimo silnej presji ze strony partyjnych dołów, gabinet Palmera kontynuował zapoczątkowane przez ekipę Lange'a niepopularne reformy gospodarcze. Sam premier był przez wielu postrzegany jako akademik oderwany od życia zwykłych ludzi, co nie przysparzało mu popularności. Na dwa miesiące przed wyborami w 1990 notowania partii rządzącej były bardzo słabe, dlatego – nie mając nic do stracenia – labourzyści postanowili zastąpić Palmera Mikiem Moore'em. Manewr ten ostatecznie nic nie dał i Partia Pracy przeszła do opozycji.

Sam Palmer z chwilą swej dymisji zrzekł się również mandatu parlamentarnego i wycofał się z polityki. Powrócił do pracy na uczelni, a w 1994 był jednym z założycieli kancelarii prawnej Chen Palmer & Partners. Zasiadał także jako sędzia ad hoc w Międzynarodowym Trybunale Sprawiedliwości oraz był przedstawicielem Nowej Zelandii przy Międzynarodowej Komisji Wielorybniczej. Od 2005 jest przewodniczącym Nowozelandzkiej Komisji Prawnej, rządowej agendy doradzającej Gabinetowi w zakresie stanowienia prawa.

Jest Rycerzem Komandorem Orderu św. Michała i św. Jerzego oraz Honorowym Kawalerem Orderu Australii.