Junto con Adolfo y Valentín Alsina, José Mármol y Carlos Tejedor Pastor Obligado abogó por una separación radical entre Buenos Aires y el interior para defender los privilegios aduaneros y portuarios de la primera.

Por razones políticas pactó con la facción mitrista, a la que adherían Domingo Faustino Sarmiento y Rufino de Elizalde, con los que compartía la vocación liberal propia de la burguesía porteña. Gracias a su apoyo, logró el 28 de junio de 1853 ser electo gobernador de la provincia.

La constitución votada en Buenos Aires retenía para la provincia el ejercicio de la soberanía exterior e interior, en claro desafío a la Constitución Nacional de 1853; Obligado fue un claro continuador de esa política, obligando a quienes abogaban por un sistema federal (como Vicente Fidel López o Marcos Paz) al exilio.

Las relaciones con el gobierno de Paraná fueron lo suficientemente tensas para que en 1854 se llegase a las armas; el ejército porteño batió a las fuerzas entrerrianas del general Jerónimo Costa en la batalla de El Tala

Urquiza logró obtener de Obligado un acuerdo por el que se comprometían ambas partes al socorro mutuo en caso de agresión exterior.

Durante su gobierno, Obligado aprovechó los fondos proporcionados por la aduana para mejorar la infraestructura bonaerense; fundó numerosas escuelas primarias, sentó las bases del Colegio Nacional de Buenos Aires, urbanizó la campiña convirtiendo antiguos fuertes en poblados y comenzó las obras para el servicio de agua corriente y de gas de alumbrado para Buenos Aires.

El 30 de agosto de 1857 presidió la inauguración de la primer línea férrea, que recorría el trayecto desde la actual Plaza Lavalle hasta el pueblo (hoy barrio) de Flores.