A közös ügyek a külügyet, hadügyet és az ezek fedezésére szolgáló pénzügyet jelentette. Mindegyik ügyet egy-egy közös miniszter vezette. Ezek a tisztségek rendkívül meghatározóak voltak a duális állam életét illetően, így Lónyay esetében hatalmas ugrást jelentett, amikor 1870 május 21-én közös pénzügyminiszterré nevezték ki.
Székhelyét Bécsbe tette át, és hamarosan elnyerte Ferenc József szimpátiáját is az intelligens magyar nemes,
1871-ben grófi rangra is emelte. A nagyobb jelentőségű mozzanatok közös pénzügyminiszterként ugyanakkor nem állandó feladatköréből, hanem rendkívüli jellegű eseményekből adódtak, így őt szemelték ki V. Ferdinánd végrendeletének végrehajtására, az olasz-osztrák határviszályok rendezésére, valamint a gödöllői kastély berendezésére is.
A Magyar Királyság 4. miniszterelnöke
Lónyay Menyhért nem ülhetett sokáig a közös pénzügyminiszteri székben, ugyanis a közös külügyminiszterré kinevezett
Andrássy Gyulát kellett felváltania a miniszterelnöki székben.
Lónyay ugyanakkor hamarosan lemondott miniszterelnöki tisztségéről, mert megvádolták korrupcióval és a kormányon belül is számos ellensége volt, ami jelentősen megnehezítette a munkáját. A vádak nem nyertek bizonyítást, és a legtöbbek nemtetszését az váltotta ki, hogy tudását nem pusztán az állam felvirágoztatására, hanem a családja vagyonának gyarapítására is felhasználta.
Ezzel kapcsolatban később Lónyay azt nyilatkozta, hogy „vagyonom eredete a munka és takarékosság s célszerű, rendes kezelés”. Lónyay valóban páratlanul jól igazgatta birtokait, és igen nagy haszonra tett szert, így a vádak nagy része valószínűleg politikai indíttatású volt, azonban 1872-ben mindennapossá váltak a rágalmazások. 1872. augusztus 3-án Halász Imrének címzett levelében csak ennyit szól erről:
„nagyon kell az embernek szeretni a hazáját és igen kevéssé önmagát, hogy mindennek kitegye magát.”
Miniszterelnöki programja három területen irányzott elő változtatásokat: egyrészt növelni akarta a kormányzati munka hatékonyságát, másrészt a parlamentarizmus reformját vetette fel, harmadrészt az államháztartás egyensúlyának helyreállítását tűzte ki célul. Politikai elképzeléseit cselekvési lehetőségének hiányában csak részlegesen tudta megvalósítani. A végrehajtó hatalom megerősítését a kormány hatáskörét szabályozó törvény kidolgozásával, illetve a működését segítő törvényelőkészítő bizottság felállításával képzelte el. Elodázhatatlan feladatnak tartotta a kormány és a kormánypárt közötti kapcsolat szorosabbra fűzését is.
Lónyayt 1871-ben megválasztották a Magyar Tudományos Akadémia elnökének, így a politika mellett egyre nagyobb figyelmet szentelt az MTA felvirágoztatásának. Hatalmas szerepet vállalt Tudományos Akadémia pénzügyeinek helyrehozásában is. Az MTA elnöki tisztségét egészen 1884-ben bekövetkezett haláláig betöltötte.
A kiegyezés utáni második miniszterelnök korának egyik legellentmondásosabb személyisége volt,
akiről a korabeli rágalomhadjárat miatt a legtöbben öntudatlanul is negatív véleménnyel rendelkeznek, ugyanakkor élete a mai napig sem került teljes mértékben feltárásra. Munkásságát legjobban saját naplóbejegyzése foglalja össze, amelyben elismeri hibáit, de ugyanakkor tisztázza egykori szándékait is: „Öntudatlanul követhettem el hibákat, kinél nem fordulhatnak azok elő, de soha semmi körülmények közt nem rendeltem alá a közérdeket mások vagy magam érdekének.”