در این روز جمال امامی در جلسه فوقالعاده مجلس به مصدق پیشنهاد داد تصدی پست نخستوزیری را قبول کند که مصدق هم با آن موافقت کرد و طی رایگیریای که صورت گرفت، ۷۹ نماینده به مصدق رای مثبت دادند. مصدق جریان انتخاب خود به نخستوزیری را چنین نوشته است: «شنبه ۸ اردیبهشت ۱۳۳۰ (طبق صورت مذاکرات مجلس شورای ملی هفتم اردیبهشت) که روز جلسه مجلس نبود به مجلس شورای ملی احضار شدم. اکثریت نمایندگان هم آمده بودند و میخواستند در جلسه خصوصی به شور و مشورت بپردازند و تمایل خود را برای تعیین نخستوزیری به عرض شاهنشاه برسانند. از اینکه گفته شد آقای حسین علاء استعفا داده است تعجب کردم، چون که روز ششم اردیبهشت، شب که به خانه من آمده بودند و میخواستند در خصوص یک موضوع با من مشورت کنند، هیچ یک از این بابت، صحبتی نکردند و چون قبل از این ملاقات در کمیسیون نفت مجلس شورای ملی بودم که طرح ۹ مادهای جمعی از نمایندگان که برای ملی شدن صنعت نفت تنظیم شده بود و از تصویب کمیسیون گذشت، نخستوزیر را از جریان مطلع کردم و تقاضا نمودم که روز یکشنبه نهم اردیبهشت در جلسه رسمی مجلس حضور یابند و موافقت دولت را در خصوص طرح مزبور اظهار نمایند و بعد در همان جلسه راجع به موضوعی که میخواستند مشورت کنند، وارد مذاکره شویم که مورد موافقت قرار گرفت و از خانه من رفتند. علت استعفای نخستوزیر را که از بعضی نمایندگان سؤال کردم، یکی از دوستان گفت حضرات که مقصود انگلیسیها بودند، چنین تصور کردهاند، از این نخستوزیر و امثال او کاری ساخته نیست و میخواهند آقای سیدضیاءالدین طباطبایی را که هماکنون به حضور شاهنشاه آمده و به انتظار رای تمایل در آنجا نشسته است، وارد کار کنند. جلسه تشکیل شد، به مشورت پرداختند و چون اکثریت نمایندگان اینطور تصور میکردند، تصدی آقای سیدضیاءالدین سبب خواهد شد که همان بگیر و ببند کودتای سال ۱۲۹۹ تجدید شود، نه جرات میکردند از شخص دیگری برای تصدی این مقام اسم ببرند، نه مقتضیات روز اجازه میداد به کاندیدای سیاست بیگانه رای بدهند که چون صحبت درگرفت و مذاکرات به طول انجامید برای تسریع در کار و خاتمه دادن به مذاکرات، یکی از نمایندگان که چند روز قبل از کشته شدن رزمآرا، نخستوزیر، به خانه من آمده بود و مرا از طرف شاهنشاه برای تصدی این مقام دعوت کرده بود و هیچ تصور نمیکرد برای قبول کار حاضر شوم، اسمی از من برد که بلاتامل موافقت کردم و این پیشامد سبب شد که نمایندگان از محظور در آیند و همه به اتفاق کف بزنند و به من تبریک بگویند. موافقت من هم روی این نظر بود که طرح نمایندگان راجع به ملی شدن صنعت نفت از بین نرود و در مجلس تصویب شود. چنانچه آقای سیدضیاءالدین نخستوزیر میشد، دیگر مجلس نمیگذاشت تا من بتوانم موضوع را تعقیب کنم. مرا هم با عدهای توقیف و یا تبعید میکرد. بهطور خلاصه مملکت را قرق میکرد تا از هیچ کجا و هیچ کس، صدایی بلند نشود و او کار خود را به اتمام رساند. چنانچه شخص دیگری هم متصدی این مقام میشد، باز هم من نمیتوانستم صنعت نفت را ملی کنم.»
چنانکه از مشروح مذاکرات جلسه صد و چهل و یکم مجلس شانزدهم شورای ملی برمیآید، خود مصدق هم در ابتدا روی خوش به پیشنهاد امامی نشان نداده بود و در مقابل این گفته او درباره اجرای ملی کردن صنعت نفت که: «در جلسه خصوصی آمدیم یک ساعت استدلال کردیم. آقایان هم همه موافقت فرمودند، همه با نظر بنده موافق بودند. عرض کردم که این موضوع به مرحله اجرایی رسیده است. وقتی به مرحله اجرایی در آمده است بالاخره باید با حضور دولت باشد، چون مجری آن دولت است ما یک تکلیف قانونگذاری داشتیم و آن را آوردیم به مرحله عمل رسانیدیم. قانونش را هم گذراندیم، حالا که به مرحله اجرا رسیده است این سابقه نیست که بدون نظر دولت ما بیابیم اینجا دولت را مکلف به اجرای عملی بکنیم که خودش اطلاعی از آن ندارد و همچنین پیشنهاد بنده را آقایان پذیرفتید. به همین دلیل هم گفتم برای اینکه بحران ادامه پیدا نکند از آقای دکتر مصدق استدعا کردم، آقایان هم موافقت فرمودند با نظر بنده، از ایشان استدعا کردیم که زمامداری را قبول بکنند تا فرمانشان صادر بشود.» مصدق پاسخ داد: «به هیچ وجه چنین صحبتی نشد.» اما دقایقی بعد وقتی امامی پیشنهادش را تکرار میکند، اردلان میگوید خودمان هم (به نخستوزیری مصدق) علاقه داشتیم.
مصدق در نخستین پیام رادیوییاش به ملت ایران چنین گفت: «هموطنان عزیز، رأی بیسابقه و بیشائبه همکاران عزیزم، نمایندگان محترم مجلس شورای ملی و مجلس سنا، و اظهار تمایل آنها به زمامداری اینجانب سبب شد که از نظر فریضه ملی از قبول زمامداری خودداری نکنم، و امر اعلیحضرت همایون شاهنشاهی را در تشکیل دولت اطاعت نمایم.»
روز ۱۲ اردیبهشت ۳۰ دکتر مصدق کابینه خود را به این شرح به مجلس شورای ملی معرفی کرد: حکیمالدوله وزیر بهداری، یوسف مشاور وزیر پست و تلگراف، باقر کاظمی وزیر خارجه، جواد بوشهری وزیر راه، محمدعلی وارسته وزیر دارایی، علی هئیت وزیر دادگستری، ضیاءالملک فرمند وزیر کشاورزی، تیمسار سپهبد نقدی وزیر جنگ، تیمسار سرلشکر زاهدی وزیر کشور، امیرتیمور کلانی وزیر کار، کریم سنجابی وزیر فرهنگ.
برنامه دولت اجرای قانون ملی شدن نفت در کشور و اصلاح قانون انتخابات مجلس و شهرداریها عنوان شد. پیروزی ایران در دادگاه لاهه در جریان اختلاف با انگلیس درباره پرونده ملی شدن صنعت نفت، قطع روابط با انگلیس و قیام ۳۰ تیر ۱۳۳۱ از مهمترین رخدادهای دوران ۱۵ ماهه نخستوزیری مصدق است که با کودتای ۲۸ مرداد ۱۳۳۲ دولت وی ساقط و او در دادگاه نظامی به تحمل ۳ سال زندان انفرادی محکوم شد و سرانجام در ۱۴ اسفند ۱۳۴۵ در خانه خود در احمدآباد در ۸۴ سالگی درگذشت.