En 1783 fue nombrado gobernador intendente de Córdoba del Tucumán, donde demostró sus habilidades administrativas. Durante este período, realizó reformas importantes y mejoró la recaudación fiscal. En aquella etapa cumplió una muy buena labor, distinguida por la prolijidad de las cuentas públicas. Su buena gestión lo catapultó al Virreinato.

Al asumir el cargo de virrey en Buenos Aires, Sobremonte se encontró con un contexto de alta tensión debido a la amenaza británica. La Primera Invasión Inglesa al Río de la Plata en 1806 puso a prueba su liderazgo. Decidiendo trasladarse a Córdoba con el tesoro del Virreinato para organizar una defensa, su movimiento fue percibido como una cobarde retirada por los habitantes de Buenos Aires. Este malentendido resultó en una respuesta popular liderada por Santiago de Liniers, quien logró reconquistar Buenos Aires.

La gestión de Sobremonte carecía de popularidad, lo cual llevó a su destitución en 1807. Liniers asumió interinamente el cargo como nuevo virrey. Sobremonte, cargado de acusaciones y descontento popular, fue trasladado a Montevideo y posteriormente enviado a España para enfrentar un juicio de residencia, un proceso estándar para evaluar a los funcionarios coloniales.

El juicio de residencia comenzó en 1809 pero fue suspendido por la guerra española contra la ocupación francesa. Sobremonte debió esperar 1813 para ser exonerado de todos los cargos. Este proceso fue crucial para su vida posterior, logrando contrarrestar parcialmente de las críticas sufridas por su desempeño como virrey.

Después de limpiar su honor, la salud de Sobremonte se deterioró ostensiblemente. Por esa razón, se retiró de la vida pública y pasó sus últimos años en Cádiz. Falleció el 14 de enero de 1827, a los 81 años, dejando un legado polémico en la historia del Río de la Plata. Algunos lo ven como un funcionario competente atrapado en circunstancias adversas, mientras que otros lo culpan por su gestión durante las invasiones inglesas.