I valet 1977 blev han den förste afroamerikanske borgmästaren i New Orleans genom att besegra stadsfullmäktigeledamoten Joseph V. DiRosa, en demokrat som var allierad med förre borgmästaren Victor Schiro, med 90 500 röster mot 84 300. Morial vann med 95 procent av de svarta rösterna och 20 procent av de vita rösterna, som främst kom från medel- och överklassens distrikt i Uptown. Han vann detta val utan stöd från stora lokala svarta politiska organisationer för svarta, som SOUL och COUP. Under större delen av valkampanjen betraktades Morial av de flesta kommentatorer som en spoilerkandidat med liten chans till seger. Morial var en polariserande figur som borgmästare i New Orleans.
Morial förde långvariga politiska strider med stadsfullmäktige, som leddes av hans ärkerival Sidney Barthelemy, och med COUP, Barthelemy’s politiska organisation. Han ägnade en stor del av sin tid som borgmästare åt att försöka öka borgmästarkontorets styrka och inflytande över oberoende, statliga regeringsorgan, som Sewerage and Water Board och Dock Board (tillsynsorganet för New Orleans hamn), ett arbete som han beskrev som en demokratisering av stadens styrning. Han byggde upp en mäktig beskyddsmaskin med hjälp av oklassificerade stadsanställda och använde den för att besegra motståndare i delstatens lagstiftande församling – däribland Hank Braden, Louis Charbonnet och Nick Connor – genom att personligen sponsra föga kända utmanare. År 1978 tävlade Braden och Charbonnet om en ledig plats i delstatssenaten, som Braden vann med 14 rösters marginal.
Under sin första mandatperiod ställdes Morial inför en strejk bland renhållningsarbetarna och en polisstrejk som fick honom att ställa in 1979 års Mardi Gras-parad. Polisfacket satsade bland sina medlemmar på att en strejk som sammanföll med Mardi Gras skulle tvinga staden att bevilja många av deras krav, men Morial vägrade att ge efter och fick stöd av ledarna för många av stadens karnevalskrewes. New Orleans krewes ställde antingen in sina parader det året eller flyttade dem till förorter i andra församlingar. Emblematisk för Morials hårda hållning gentemot de polisstrejkande var den napoleoniska gest han gjorde genom att placera armen innanför sin kappa och inta en karaktäristisk stridbar pose vid tillkännagivandet att han ställde in karnevalen.
De flesta av Morials framgångar inträffade under hans första mandatperiod som borgmästare. Morial utökade sin föregångare Moon Landreuus insatser och fördubblade stadens engagemang för positiv särbehandling vid anställning av stadsanställda och införde kvoter för anställning av minoriteter hos stadens entreprenörer. Andelen svarta anställda i stadens arbetsstyrka ökade från 40 % 1977 till 53 % 1985 under Morials tid. Under Morials administration ökade antalet svarta poliser i NOPD till att utgöra en tredjedel av styrkan. Men fortsatta incidenter av polisbrutalitet – framför allt polismordet på fyra svarta i Algiers 1980 – skadade Morials rykte i det svarta samhället.
Morial var ansvarig för att få federal Urban Development Action Grant (UDAG) finansiering för flera stora projekt, bland annat Canal Place och Jax Brewery utveckling i French Quarter. Han fortsatte att stödja den tidigare borgmästaren Moon Landreuus betoning på turism och försökte diversifiera ekonomin genom att utveckla Almonaster-Michoud Industrial District i New Orleans östra del, som nu kallas New Orleans Regional Business Park. Downtown New Orleans genomgick en imponerande byggboom, med flera kontorstorn som byggdes för att inrymma huvudkontor, eller stora regionala kontor, för företag som Freeport-McMoRan, Pan American Life Insurance, Exxon, Chevron, Gulf Oil, Amoco, Mobil, Murphy Oil och Texaco. I mitten av 1980-talet sysselsatte dessa företag, tillsammans med andra stora arbetsgivare som Royal Dutch Shell, Louisiana Land and Exploration och McDermott International, tusentals tjänstemän i centrum, med tusentals fler anställda av andra som tillhandahåller tjänster till dem. På grund av en mängd faktorer, däribland oljekrisen (1986), obevekliga företagssammanslagningar och nedskärningar samt mindre effektivt stöd från efterföljande administrationers avdelningar för ekonomisk utveckling, har inget av dessa företag, eller deras efterföljare, någon större närvaro i New Orleans i dag – bortsett från Shell och Pan American Life Insurance.
Morial vann sin andra mandatperiod i mars 1982 i en omvalskampanj med sin kollega, demokraten Ron Faucheux, en ung, vit, demokratisk ledamot av Louisianas representanthus från New Orleans East. Morial vann med 100 703 röster (53,2 procent) mot Faucheux 88 583 röster (46,8 procent). Faucheux blev senare en nationellt känd politisk konsult och expert.
Under Morials andra mandatperiod höll stadens ekonomi på att avta och ökade konflikter med stadsfullmäktige ledde till att Morialadministrationens förmåga att styra effektivt minskade. Världsutställningen 1984, som ägde rum mitt under Morials andra mandatperiod, var ett pinsamt finansiellt debacle som fick negativa anmärkningar nationellt. Världsutställningen förklarade sig i konkurs medan den fortfarande var i drift och misslyckades med att betala många entreprenörer, vilket dödligt skadade många New Orleans-baserade design- och byggföretag. Mer allmänt underminerade världsutställningens ekonomiska misslyckande allvarligt samhällets moral och förebådade på ett illavarslande sätt de svåra tiderna under 1986 års oljekris.
Efter att ha suttit två mandatperioder som borgmästare hindrades Morial av stadens stadgar från att söka en tredje mandatperiod. Han försökte två gånger övertyga väljarna om att ändra stadgan så att han kunde kandidera igen, men båda förslagen röstades ned med råge. Morials politiska styrka upphörde inte när han lämnade stadshuset 1986. Han övervägde att ställa upp som borgmästare igen i valet 1990, och hans plötsliga död 1989 under valkampanjen påverkade borgmästare Barthelemys omval, eftersom Morial dog innan han kunde stödja en motståndare.