同年，在普鲁士议会新一轮选举中自由派获得了绝对胜利，并马上否决了普鲁士政府的对军事改革的全部拨款，政府和议会陷入了僵局。
在重大矛盾之下，俾斯麦成为首相的唯一可能人选。
1862年9月23日，威廉一世召回了俾斯麦任命为首相兼外交大臣。
成为首相的俾斯麦在就职演讲中坚定的对议会发表“铁血演说”：“当代的重大问题不是通过演说和多数派决议所能解决的……而是要用铁和血来解决！”从此俾斯麦被冠上了“铁血宰相”的绰号。
大权在握的俾斯麦欲以德国统一的大业来转移议员的视线，并争取工人阶级的支持来抗衡资产阶级自由派，很快地，他便开始筹划了三场统一战争。
丹麦作为德意志的北邻，经常插手德意志的事务，因此俾斯麦第一个便要解决丹麦。
另一个原因是因为在1863年石勒苏益格在波兰革命中被纳入丹麦。而战争同时可以观察奥国实力，为普奥战争作好准备。
在1861年，丹麦国王欲接管普丹边境两地，俾斯麦立即制造争端，先确保如果普丹开战，其他列强不会干涉，并与奥地利结盟，共同攻打丹麦，最后逼使丹麦放弃了这两个州。
但是这其实是俾斯麦处心积虑的阴谋，因为奥地利所得的荷尔斯泰因不但面积狭小，而且被普鲁士包围。这样奥地利很容易便会与普鲁士发生冲突，因此这是一条将奥地利推向与普鲁士发生战争的导火线。
在普丹战争后，俾斯麦决定要将奥地利赶出德意志邦联，以利于将来德国的统一。
因此他着手孤立奥地利，首先俾斯麦答允协助俄国取消《黑海中立条款》。并与法皇拿破仑三世会晤，表示普鲁士不反对把卢森堡及莱茵河区让给法国，以此确保法国在普奥战争中保持中立。而英国当时继续实行光荣孤立的政策，因此在普奥发生冲突时会保持中立。最后，他在1866年4月8日，与意大利签订攻守同盟条约，规定如果普鲁士在3个月内与奥开战，意大利则必须同时对奥宣战，只有在奥地利归还威尼斯予意大利的情况下，方可与奥讲和。
最后，奥皇因为不满意《加斯坦因专约》的条款，而要求用普鲁士最富庶两地，俾斯麦便以此借口，指责奥地利毁约，并于同年6月对奥宣战。意大利亦依据攻守同盟条约，同时对奥宣战。
不久，普鲁士便征服北德的亲奥小邦，并在萨多瓦会战，最后导致奥军战败。
这时，俾斯麦决定与奥讲和，而不是乘胜追击，因为他明白对于普鲁士最有利的做法不是消灭奥国，而是将奥地利逐出日耳曼联邦，并且让其作为抵挡俄国西进的屏障。
因此，他在该年8月23日签订的《布拉格条约》中给予奥地利极为宽容的讲和条件，以便于保持对奥的良好的关系。
普奥战争结束后，妨碍德国统一的就只剩下在背后控制着南德诸邦的法国了。
由于法国仍然在幕后操控着南德意志地区的各个邦国，阻碍德国统一。因此，俾斯麦以西班牙王位继承问题制造争端，逼使法皇拿破仑三世对普宣战，而普鲁士则借此团结德意志民族，对法国发动进攻，拿破仑三世投降。随后普军进军至巴黎，协助巴黎新成立的国防政府消灭巴黎公社，以获得了大量赔款。
最后，普鲁士国王威廉一世在法国凡尔赛宫的镜厅中登基，宣布德意志帝国成立，并从法国获得阿尔萨斯和洛林两地及50亿法郎的战争赔款。
虽然德国统一了，但俾斯麦仍需面对众多国内外问题，因此他采行内、外两种态度理政。在德意志帝国内，他依然保持高压强横的作风，打压天主教与左派劳工；国外方面，他避免树立外敌，自称“诚实经纪人”来协调欧洲大国的纷争，表现出与过往“铁血宰相”完全相反的姿态和风格。
在国内问题方面，首先在1871年至1877年间的“文化斗争”中，与罗马教廷互相攻击，最后以双方互相妥协结束。再在1878年随即开始“围剿左派”，制定《反社会主义非常法》，以打压社会民主党。但同时间，他亦制定了很多保障工人的措施，来进行拢络，虽然很多只属表面性质，但仍使德国成为世界上第一个拥有劳工立法的国家。
在国外问题方面，自德国统一后，俾斯麦便不希望再有对外战争，以便让德国可以休养生息，培养国力。
1888年3月9日，91岁的威廉一世逝世，其子腓特烈·威廉继位，称为腓特烈三世，但在即位99日后随即病故。结果其子威廉二世继位，时年29岁。这位年少气盛的少年皇帝不甘受制于俾斯麦，与他在很多问题上出现分歧。而已达73岁高龄，更已执政长达26年的俾斯麦明白了鸟尽弓藏、兔死狗烹的道理，心灰意冷地向威廉二世呈辞，正式下野。
之后，他长居于汉堡附近的弗里德里希斯鲁庄园，着作回忆录《思考与回忆》，将各个历史事件渲染地过于戏剧性，而总是将其中自己的形象塑造得非常好而饱受非议。
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