ב-1946 הוא נבחר למושל קנזס. כמושל, הוא דחף תוכניות לבריאות הנפש וכן פרויקט כביש מהיר לטווח ארוך. בשנת 1949, נפטר הסנאטור של קנזס, קלייד מ. ריד, וקרלסון מינה את הארי דרבי למלא את המושב. דרבי המשיך בכהונתו בסנאט עד שקרלסון עצמו נבחר למלא את המושב ב-1950. במקום להמתין עד ינואר להשבעה, הוא תפס את המושב ב-28 בנובמבר 1950, והותיר את תפקיד המושל לפרנק ל. הגמן שכיהן פחות מחודשיים.
ב-1952, הוא פעל למען דווייט ד. אייזנהאואר, ולאחר מכן תיווך בעסקה באמצעות הסנאטור של אוהיורוברט א. טאפט והפך למנהיג הרוב בסנאט. על פי הביוגרפיה של בילי גרהאםJust As I Am, קרלסון הזמין את אייזנהאואר לארוחת בוקר לתפילה של הסנאט, שהפכה בכך לארוחת הבוקר הנשיאותית הראשונה, ולאחר מכן לאספה שנתית של כל שלוש זרועות הממשל, שנמשכה עד היום. קרלסון נבחר שוב פעמיים, ב-1956 וב-1962, לפני שחזר לקונקורדיה לפרישה.
קרלסון כיהן קדנציה כנשיא קבוצת ארוחת הבוקר לתפילה בסנאט של ארצות הברית. הוא הוצג על ידי US News & World Report ב-1 ביולי1968 על ידי העורך, דייוויד לורנס, על השפעתו המוסרית והרוחנית החזקה בבירת המדינה. הוא גם היה חבר במועצת המנהלים של World Vision.
קרלסון מת ב-30 במאי1987 בקונקורדיה, קנזס ונקבר שם בבית הקברות Pleasant Hill. בניין בית המשפט הפדרלי בטופקה נקרא על שמו, הכביש המהיר 81 מקו מדינת נברסקה מצפון לבלוויל לסלינה נקרא "הכביש המהיר על שם פרנק קרלסון, ספריית פרנק קרלסון בקונקורדיה נקראת על שמו, ואוניברסיטת ויצ'יטה מארחת את סדרת ההרצאות של פרנק קרלסון. [4]
ספריית פרנק קרלסון
באפריל 2011, ספריית פרנק קרלסון בקונקורדיה, קנזס, קיבלה מענק קטן ממועצת מדעי הרוח של קנזס לשיפוץ חדר פרנק קרלסון של הספרייה. המענק מימן את פיתוחה של תערוכה חדשה המוקדשת לספר לדורות חדשים של קנזנס על חייו והקריירה הפוליטית של קרלסון. במקביל להנצחת קנזס בת 150 השנים, השיפוץ היה חלק מיוזמה כלל-מדינתית לשמר את הזיכרון של אנשים ואירועים חשובים בעברה של המדינה. הסנאטור פרנק קרלסון הוא בן קנזס היחיד שכיהן בארבעה תפקידים ציבוריים גדולים והוא ידוע בתור "הבן המועדף של קנזס". [5]
פרויקט השיפוץ החליף את התצוגה המקורית של פרנק קרלסון, שהוקמה ב-1976 והוצגה עד קיץ 2011. התערוכה החדשה, Frank Carlson: Prairie Politician, מספרת ומשמרת את סיפורו של סנאטור קרלסון באמצעות תערוכה מעודכנת וטכניקות ארכיון מודרניות. התערוכה מציגה מזכרות קרלסון, תצלומים ופריטים מהאוסף האישי של הסנאטור, השוכן בספריית פרנק קרלסון. סיפורו של הסנאטור קרלסון מסופר בשלושה חלקים, החל בילדותו ובמנהיגות הכנסייה שלו בקונקורדיה, קנזס, בעקבותיו לאורך ארבעים שנות הקריירה הפוליטית שלו, וחוגג את מורשתו כדמות פוליטית ודמות מקומית חשובה.
בין הפריטים המוצגים ניתן למצוא צ'ק מהנשיא דווייט ד. אייזנהאואר, שנכתב לקרלסון בהסדר הימור ידידותי, כמה עטים ששימשו את הנשיא לינדון ב. ג'ונסון כדי לחתום על חקיקה חשובה שבה תמך קרלסון, ואוסף צלמיות הפיל של קרלסון. התערוכה כוללת גם חפצים הקושרים את קרלסון לעיר הולדתו ולמדינת הולדתו. מוצגים פעמון בית הספר מבית הספר שבו למד קרלסון במחוז קלאוד, קנזס, קריקטורות וקריקטורות פוליטיות שצוירו על ידי עמית מקונקורדיה דון מוזיק, ומזכרות בהשאלה מחבריו ובני משפחתו של קרלסון.