سه روز بعد از آنکه مسافران هواپیمای ایرفرانس در مهرآباد از پله های هواپیما پایین آمدند و راهی خیابان عین الدوله (ایران) شدند تا در مدرسه رفاه مستقر شوند، رهبر انقلاب با اعلام اینکه: «چون ما مجلس را غیرقانونی می دانیم و دولت را هم غیرقانونی می دانیم و‏‎ ‎‏اوضاع کشور را آشفته می بینیم، برای اینکه خاتمه بدهیم به وضع آشفته کشور، به‏‎ ‎‏واسطه اتکا به آرای عمومی، یک دولت و رئیس دولتی را معرفی می کنیم» مهدی بازرگان را به عنوان رئیس دولت موقت معرفی کرد. همان روز در آمفی تئاتر مدرسه علوی، اکبر هاشمی رفسنجانی حکم مهندس بازرگان را قرائت کرد و به او تحویل داد. بازرگان در سخنرانی خود در این مراسم گفت: «این ماموریت، یعنی سیاست دولت موقت و تشکیل حکومت در شرایط بسیار دشوار و خطرناک، ‏‎ ‎‏عظیم ترین شغل و وظیفه و در عین حال بزرگترین افتخاری است که به بنده واگذار شده است. و شاید‏‎ ‎‏حق داشته باشم بگویم که دشوارترین وظیفه و کاری است که در طول تاریخ 72 ساله مشروطیت ایران‏‎ ‎‏به نامزدها و ماموران نخست وزیری های دیگر داده شده باشد.» حالا ایران دو دولت داشت، دولتی رسمی با سکانداری شاپور بختیار و دولتی که مورد قبول انقلابیون بود با ریاست مهدی بازرگان. بازرگان 5 روز بعد از تحویل گرفتن حکم نخست وزیری خود، به دانشگاه تهران رفت تا برنامه های دولت موقت را برای مردم و دانشجویان تشریح کند. طبق گزارشی که روزنامه کیهان روز شنبه 21 بهمن از این مراسم منتشر کرده است، رئیس دولت موقت در این سخنرانی گفت: «از حالا باید عرض کنم که از این بنده حقیر سراپا تقصیر انتظار «علی» بودن نداشته باشید. علی نیستیم که همان شب اول بگویم: «معاویه از جایت بلند شو» حتی انتظار رهبری و مرجع عالیقدری که بنده را مامور و مفتخر به این خدمت کرده اند و با عزم راسخ و ایمان و قدرتش سر به زیر انداخته و بولدوزروار حرکت می کند و حرکت کرده، صخره ها و ریشه ها و سنگ ها را سر جایش خرد کرده ولی پیش رفته و می رود، این انتظار را هم از بنده نداشته باشید.» بازرگان در مورد وزرایی که قرار بود در روزهای آینده معرفی کند هم گفت: «تضمین به اینکه هیچ عیبی، ایرادی، خطایی، نقصی نباشد و از دست ما گناهی و ناحقی سر نزند ندارم. اگر شما دارید، فکرتان را عوض کنید. نمی گویم دولت را عوض کنید. می گویم فکرتان را عوض کنید.»بیست وچهارم بهمن بود که بازرگان بعضی از اعضای دولت موقت را معرفی کرد، تعدادی از آنها هم با اندکی فاصله در روزهای ابتدایی اسفند معرفی شدند. یدالله سحابی مشاور بازرگان در طرح ها و برنامه های انقلاب شد، کاظم سامی وزیر بهداری و بهزیستی، علی اکبر معین فر وزیر نفت، محمدولی قرنی رئیس ستاد ارتش، ابراهیم یزدی معاون امور انقلاب، عباس امیرانتظام سخنگوی دولت موقت، کریم سنجابی وزیر امور خارجه، داریوش فروهر وزیر کار و امور اجتماعی، علی اردلان وزیر اقتصاد، علی شریعتمداری وزیر علوم و فرهنگ و هنر، احمد مدنی وزیر دفاع و...

کابینه بازرگان در طول 275 روز فعالیت خود، برگزاری یک همه پرسی، تهیه پیش نویس قانون اساسی، تدوین و تصویب لایحه انتخابات مجلس خبرگان و برگزاری انتخابات مجلس خبرگان را در کارنامه کاری خود ثبت کرد. دولت موقت در کمتر از یک سال حضور خود در بحرانی ترین روزهای تاریخ معاصر ایران، روزهای پرماجرایی را پشت سر گذاشت. بعضی از اعضای کابینه با دلایل مختلف استعفا دادند و بعضی از انقلابیون در تمام عمر کوتاه دولت موقت به انحای مختلف با اقدامات رئیس دولت مخالفت می کردند یا منتقد آن بودند. بعضی مهندس بازرگان را فردی انقلابی نمی دانستند و کلیه اقدامات او را زیر سوال می بردند. بازرگان در پاسخ به این انتقادات گفت: «اگر مقصود از انقلابی عمل کردن، زدن و ریختن و کشتن و پاشیدن و پا روی همه اصول و قانون و مقررات گذاشتن باشد، البته دولت و شخص بنده انقلابی نیستیم.»

بالاخره مهدی بازرگان بعد از پشت سر گذاردن روزهایی پر چالش در دولت موقت، در چهاردهم آبان ماه 1358 و یک روز بعد از حمله دانشجویان به سفارت امریکا، نامه استعفای خود را در قم به دست رهبر انقلاب رساند. نامه ای که در آن نوشته بود: «پیرو توضیحات مکرر و نظر به اینکه دخالت ها، مزاحمت ها، مخالفت ها و اختلاف نظر ها، انجام وظایف محوله و ادامه مسئولیت را برای همکاران و اینجانب مدتی است غیرممکن ساخته و در شرایط تاریخی حساس حاضر نجات مملکت و به ثمر رساندن انقلاب بدون وحدت کلمه و وحدت مدیریت میسر نمی باشد، بدین وسیله استعفای خود را تقدیم می دارد.» رهبر انقلاب استعفای بازرگان را پذیرفت و اداره امور تا برگزاری انتخابات و اعلام نتایج آن، به شورای انقلاب سپرده شد.