En 1913, amnistié, il rentre au pays. En 1917, à l'occasion des évènements révolutionnaires en Russie, il fonde l'Union des paysans de Lettonie qui revendique activement l'indépendance du pays. Le , avec d'autres patriotes ayant participé comme lui à la fondation du Conseil national du peuple letton (Tautas Padome), il est de ceux qui déclarent l'indépendance de la Lettonie.
Élu chef du gouvernement provisoire de Lettonie le , il reste Premier ministre jusqu'en juin 1921. Au cours de cette période, il mène la lutte contre les agressions extérieures allemande (Baltische Landeswehr et Freikorps) ou russe (blancs et bolcheviks), appuyé en cela par la France et la Grande-Bretagne. C'est également à Ulmanis que l'on doit la mise en place d'un parlement (Saeima) qu'il convoque pour la première fois le .
Ulmanis est de nouveau Premier ministre de décembre 1925 à mai 1926 et de mars 1931 à décembre 1931. Il retrouve le pouvoir pour ne plus le perdre le .
Sur le plan économique, après la grave crise économique subie à partir de 1931, le commerce extérieur reprend son essor grâce à la reprise des achats allemands et anglais. La politique de nationalisme économique suivi limite les importations de produits qualifiés de luxe et veille par des accords de compensation bilatérale à équilibrer la balance des échanges commerciaux avec chaque État. Mais l'économie lettonne profite surtout de la forte politique de dépenses publiques suivie par le régime, en matière de construction d'édifices publics (monuments, écoles, postes, coopératives) qui vise en même temps à exalter l'identité nationale et structurer la société. Le régime profite également de très bonnes récoltes mais développe surtout son économie d'élevage: à la fin des années trente, la Lettonie est devenue un petit Danemark en exportant des quantités considérables de beurre et de viande (dont la qualité ne cesse d'augmenter grâce aux investissements et aux contrôles effectués) vers les marchés occidentaux.
Pendant cette période, la Lettonie a obtenu les meilleurs résultats dans la lutte contre l'analphabétisme en Europe.
En politique étrangère, Il signe un traité d'alliance militaire avec l'Estonie et la Lituanie, créant l'Entente baltique. Mais les trois Pays baltes sont donnés à l’URSS, par le Pacte germano-soviétique (). L’URSS oblige les trois pays, sous menace d'invasion, à accepter une occupation militaire et la cession de plusieurs bases militaires.
Après l'invasion soviétique le (en fait, l'armée russe déjà stationné en Lettonie prend le « pouvoir », soutenu par les communistes lettons), Ulmanis est arrêté le 21 juillet et déporté en Union soviétique. Il y meurt le .
Après sa mort
Kārlis Ulmanis sur un timbre letton de 2001.
Pendant l'occupation soviétique (1944 - 1991), il est décrit par le régime communiste comme étant un dictateurfasciste.
En 2003, une statue de l'ancien chef de l'État a été inauguré à Riga, la capitale du pays, en présence du Premier ministre de l'époque, Einars Repše.
