В 1933 году занимал должность министра иностранных дел в кабинете Сайто Макото.

В 1936 году, после дискредитации фракции военных после инцидента 26 февраля, Хирота заменил адмирала Окада Кэйсукэ на должности премьер-министра Японии. Несмотря на это, одним из первых его решений было возобновление правила, согласно которому на должность министра армии и министра флота назначались только действующие офицеры, что усилило позиции военных.

Во внешней политике Хирота Коки способствовал сближению Японии с Третьим Рейхом и фашистской Италией. 25 ноября 1936 года в Берлине между Германией и Японией с целью борьбы против Коминтерна был подписан Антикоминтерновский пакт, а 27 сентября 1940 года был заключён Тройственный пакт.

В феврале 1937 года, после конфликта с министром армии Тэраути Хисаити, Хирота подал в отставку, и его место занял Хаяси Сэндзюро.

Вскоре после отставки Хирота снова занял пост министра иностранных дел в кабинете Коноэ Фумимаро. На этом посту он выступил против военной агрессии против Китая и эскалации Второй японо-китайской войны. Из-за постоянных конфликтов с фракцией военных в 1938 году был вынужден подать в отставку.

В 1945 году Хирота Коки вернулся на государственную службу и возглавил японскую миссию на переговорах с СССР. Японское правительство пыталось убедить Сталина не поддерживать союзников в войне с Японией, но эти переговоры закончились неудачей.

После капитуляции Японии арестован как военный преступник класса А. Международный военный трибунал по Дальнему Востоку признал его виновным в подстрекательстве милитаризма и империализма, нарушении международного законодательства; планировании и ведение войны против Республики Китай; игнорировании обязанности по предотвращению нарушений законов и обычаев войны, преступления против человечности.

Хирота Коки был приговорён к смертной казни. 23 декабря 1948 года повешен в тюрьме Сугамо.