در انتخابات دوره شانزدهم، مصدق به همراه دیگر همفکران خود بار دیگر برای کسب آزادی انتخابات در دربار متحصن شدند و این بار نتیجه این تحصن تشکیل حزبی به نام ” جبهه ملی“ و ابطال انتخابات تهران بود. دکتر مصدق در مجلس شانزدهم عضو کمیسیون مخصوص نفت بود و برای ملی شدن صنعت نفت به همراه دیگر نمایندگان جبهه ملی تلاش می‏کرد.

     در 1329 سپهبد حاج علی رزم‏آرا نخست‏وزیر شد و نمایندگان جبهه ملی به شدت با وی مخالفت کردند چرا که او از مخالفان سرسخت ملی شدن صنعت نفت بود. ترور او راه را برای پیشبرد مقاصد ملیون باز کرد و در 29 اسفند 1329، مجلس صنعت نفت را ملی اعلام کرد.

     دولت علاء که پس از رزم‏آرا روی کار آمده بود توان صدارت در آن اوضاع بحرانی را نداشت و به همین خاطر، نخست‏وزیری به دکتر مصدق واگذار شد و او در اردیبهشت 1330 دولت خود را بدون اطلاع قبلی اعضای جبهه ملی معرفی کرد و این خود موجب کدورت اعضای جبهه ملی شد.

      از اولویتهای دولت دکتر مصدق ملی شدن صنعت نفت و قطع دست استعمار انگلستان از این صنعت بود و او موفق شد به رغم مشکلات فراوانی که بر سر راهش بود این طرح را اجرا کند و شیرهای نفت را بر روی انگلستان بست. دکتر مصدق در خرداد 1331 برای حضور در دادگاه لاهه که انگلستان شکایت خود را در مخالفت با ملی شدن نفت ایران به آن ارجاع داده بود راهی هلند شد. مصدق پس از بازگشت دولت جدید خود را به شاه معرفی کرد. در این دولت پست وزارت جنگ را نیز خود برعهده گرفته بود که با مخالفت شاه مواجه شد. شاه چندان تمایلی نداشت که کل قدرت را به وی واگذار کند. نتیجه این بحث و جدل، استعفا و خانه‏نشینی مصدق بود. اما رهبر روحانی نهضت ملی شدن نفت آیت‏الله کاشانی این بار زمام امور را در دست گرفت و قیام 30 تیر حاصل فراخوان وی بود. مصدق تنها 4 روز از نخست‏وزیری برکنار شد و قوام‏السلطنه که چندان رقیب مناسبی برای او نبود دولتش در 30 تیر 1331 سقوط کرد. همزمان با این پیروزی، دیوان لاهه نیز رأی خود را به نفع ایران صادر کرد و عدم صلاحیت خود را در رسیدگی به شکایت دولت انگلستان اعلام نمود.

      دکتر مصدق از روز 31 تیر 1331 تا 28 مرداد 1332 بار دیگر بر مسند نخست‏وزیری تکیه زد اما توطئه‏های مخالفان داخلی و خارجی و اختلافی که بین او و آیت‏الله کاشانی به وجود آمد، درها را برای رخنه نفوذ دشمنان بزرگی چون امریکا و انگلستان باز کرد و همدستی این دو استعمارگر به کودتای 28 مرداد و سقوط دولت وی انجامید. دکتر مصدق پس از کودتا محاکمه و به احمدآباد تبعید شد و در اسفند 1345 در بیمارستان نجمیه تهران درگذشت.