Powrócił do dyplomacji na początku lat 30. W latach 1932–1933 kierował delegacją japońską na nadzwyczajnej sesji Ligi Narodów w Genewie. Na sesji tej zajmowano się aneksją Mandżurii przez wojska japońskie i utworzeniem marionetkowego cesarstwa Mandżukuo. Matsuoka nie zdołał przekonać państw członkowskich Ligi do polityki japońskiej, w związku z czym przeprowadził akt wystąpienia Japonii z Ligi Narodów.
W lipcu 1940 Matsuoka objął stanowisko ministra spraw zagranicznych w rządzie księcia Fumimaro Konoe. Był jednym z inicjatorów japońskiej polityki ekspansji w Azji, którą określił mianem „nowego ładu w wielkiej Azji Wschodniej”. Był autorem, podpisanego we wrześniu 1940 roku w Berlinie, Paktu Trzech między faszystowskimi Niemcami i Włochami a Japonią. Dążył do wprowadzenia do grona państw Osi także ZSRR i podziału świata na cztery strefy wpływów – Europę, Związek Radziecki, Azję Wschodnią i kontynent amerykański. Po niepowodzeniu tych starań zawarł 13 kwietnia 1941 w Moskwie pakt japońsko-radziecki o neutralności.
Utracił stanowisko szefa dyplomacji japońskiej 26 lipca 1941 w związku z atakiem Niemiec na ZSRR.