Na de deling van het eilandCyprus in 1974, die een ernstige crisis tussen NAVO-bondgenoten Griekenland en Turkije had veroorzaakt, leidde Perez de Cuellar in de jaren 1975-'77 een VN-missie aldaar. In 1981 werd hij gekozen tot secretaris-generaal van de Verenigde Naties als opvolger van Kurt Waldheim.
Zijn ambtstermijn werd in 1986 met vijf jaar verlengd. In 1991 werd hem verzocht nog even aan te blijven, omdat er nog geen overeenstemming was bereikt over een opvolger. In 1992 werd hij eindelijk opgevolgd door de Egyptenaar Boutros Boutros-Ghali.
In eigen land was Perez de Cuellar in 1995 kandidaat voor het presidentschap, als tegenstrever van Alberto Fujimori.
Na diens val in november 2000 trad hij naar voren als premier van een overgangsregering, die het land bestuurde totdat de in 2001 gekozen president Alejandro Toledo in juli 2001 zijn ambt aanvaardde. Daarna werd hij ambassadeur in Parijs en werkte daar ook voor de UNESCO. Op 31 december 2004 beëindigde hij zijn ambassadeurschap, maar bleef actief voor de UNESCO en bleef in Frankrijk wonen. In juli 2005 kreeg hij een hartinfarct, maar herstelde daarvan.