На следующий год Артемий был направлен с вице-канцлером Петром Павловичем Шафировым в Турцию и вместе с ним оказался в стамбульском плену. В 1715 году Волынский, уже подполковник, с дипломатической миссией самостоятельно отправился посланником в Персию, где пробыл четыре года. В 1719 году Артемий Петрович в чине полковника и генерал-адъютанта царя стал губернатором Астрахани. Он удачно женился на двоюродной сестре Петра I
Екатерина I приблизила Волынского, присвоила чин генерал-майора, сделала Казанским губернатором, которым пробыл он пять лет. Сначала сдерживал себя, а потом вновь стал обогащаться за счет своего высокого положения — занялся вымогательством, злоупотреблением властью — и был отстранен от должности. Карьера висела на волоске, да помогли связи.
При Анне Ивановне Волынский снова пошел в гору, стал своим человеком у Бирона, вел с ним продолжительные беседы на любимую тему фаворита о лошадях. Сделавшись военным инспектором под командованием фельдмаршала Миниха, доносил на своего начальника и получил должность в конюшенном ведомстве.
Артемий Петрович раскрывал махинации, творившиеся в конюшнях, посылал Бирону обстоятельные доклады о лошадях и добился в 1736 году чина полного генерала, должности обер-егермейстера, ответственного за проведение царской охоты. Годом позже он принял участие в мирных переговорах между Россией, Австрией и Турцией во время русско-турецкой войны 1735−1739 годов. Однако Турция отклонила требования России, и война продолжалась.
В 1738 году Волынский, наконец, достиг вершины — стал кабинет-министром. Теперь его целью была борьба с Бироном, он желал сам непосредственно влиять на императрицу. Силы оказались неравными. Артемий Петрович в кругу друзей критиковал Анну Ивановну и Бирона, хотел перестроить управление в стране, не допуская иностранцев в число высших сановников государства, думал о развитии просвещения и облегчения жизни крестьян. В 1740 году Волынский организовал знатное увеселение царицы: знаменитую шутовскую свадьбу в Ледяном доме.
После увеселения Артемий Петрович предстал перед судом, подвергся пыткам и 27 июня был казнен. Рухнула карьера блестящего царедворца. В этот же год в октябре умерла и Анна Ивановна.