Потемкин принимал участие, будучи уже стольником, в Польской войне (1654—1655 г.) за Малороссию. В июле 1655 г., находясь в юго-восточной части Польши при воеводе стольнике князе Гр. Гр. Ромодановском от главного воеводы, бояр. Вас. Вас. Бутурлина, получил назначение двинуться вглубь Польши и осадить гор. Люблин. После непродолжительной осады Потемкину удалось заставить город сдаться. В декабре того же 1655 года воеводы отправили от себя к государю вестников о своих счастливых военных действиях в различных частях Польши, причем от кн. Ромодановского был послан Потемкин;
Готовясь к войне со Швецией (1656 г.), московское правительство еще задолго до объявления войны отправило отряд войска под начальством стольника Потемкина на берега Невы. Потемкин осадил шведскую крепость Канцы или Шанцы, (переименованную потом шведами в Ниеншанц, а Петром Великим в Шлотбург). В январе 1656 г. крепость была взята; однако лишь в июне Потемкин мог подступить к Орешку; и 11-го июня пришла грамота с приказом идти за Шведскую границу для выведывания, а также приглашения финских и корельских племен, живущих у Ладожского озера, перейти на сторону русских. Но Потемкин еще 3-го июня отправился за рубеж и в Орешковском уезде, на заставе, разбил шведов. Много шведов было убито, много забрано в плен. Приглашать же финские и корельские племена не пришлось, так как они сами, писал Потемкин, «в Орешском уезде ко мне пристали и промысел над неприятелем твоего царского величества со мной вопче чинят». После этой победы Потемкину удалось взять и Орешек. Но завоевания Потемкина были, однако, не прочны, ибо уже в первой половине 1658 г. Орешек снова очутился в руках шведов.
В том же 1658 году имя Потемкина встречается в числе лиц, которым велено было быть у стола Государева после приема Грузинского царя Теймураза Давыдовича (6-го июля), а в 1660 году — царевича Николая Давыдовича (8-го мая). В 1667 году (7-го июля) вышел указ государев стольнику Потемкину и дьяку Сем. Румянцеву двинуться в посольство в Испанию и Францию (посольство в Испанию отправлялось впервые), с целью объявить о заключении с Польшей перемирия и предложить находиться в «братственной дружеской переписке» государям обоих государств с московским царем. Отправляя посланников, Московское правительство дало Потемкину для посольства титул наместника Боровского и распорядилось выдать ему для посольства 1160 рублей; кроме того, дано было ему соболей на 600 рублей, да мягкой рухляди на 5000 рублей, а для найма кораблей 5100 ефимков. Выехав в начале июля из Москвы чрез Архангельск, а затем по морю, они прибыли 4-го декабря в Кадикс, а 27-го февраля 1668 года в Мадрид. 7-го марта Потемкин получил аудиенцию у малолетнего короля Карла II, сына Филиппа IV, умершего во время пути Потемкина из Москвы, а 15-го марта он был принят правительницей, вдовствующей королевой Марианной Австрийской.
Получив из рук самого Карла II (на чем особенно настаивал Потемкин) ответную грамоту, посланники получили щедрые подарки: по 2 портрета (королевы и короля), а также по алмазной запонке (Потемкину — стоимостью в 11½ тысяч, а дьяку Семену Румянцеву в 6½ тысяч ефимков). Только 7-го июня Потемкин мог выехать из Мадрида и сухим путем двинуться во Францию. Проездом в Париж, в Байоне, посланники были остановлены откупщиком маршала Дюка де Грамона и, вопреки обычаю, с их имущества потребована была пошлина в 200 червонцев. Потемкин в негодовании бросил на пол требуемые деньги. За 2 мили до Парижа посланников встретил, по приказанию Людовика XIV, его маршал де Бельфон, с которым прибыло 8 карет с конвоем и 20 всадников; в числе карет была одна королевская — для Потемкина, как главы посольства. 21-го августа посланники торжественно въехали в Париж, а уже 25-го августа имели аудиенцию у короля в Сен-Жермене. Обласкав посланников, Людовик не только возвратил из государственной казны те 200 червонных, которые были взысканы с Потемкина, но и щедро одарил послов. Посланники в переговорах объявили, что 1) Великий Государь желает быть с Королевским Величеством в братской дружбе и любви, 2) что король, подкрепляя дружбу и любовь, должен послать к государю своих послов, 3) что с обеих сторон торговым людям должно быть разрешено ходить и торговать во всех городах. Французское правительство с радостью отвечало на предложение и даже добавило еще некоторые другие статьи, выгодные для обеих сторон; но посланники не решались заключать письменного договора, не имея на некоторые пункты инструкций и советовали отправить свое посольство в Москву. Выехав из Парижа 16-го сентября чрез Амстердам, морским путем на Ригу, они 10-го ноября 1668 года прибыли в Псков.
В 1669 году имя Потемкин встречается в числе лиц, назначенных на 25-е июня «дневать и ночевать у гроба царевича Симеона Алексеевича»; присутствовал он и за свадебным столом в день второй свадьбы царя Алексея Михайловича, в числе лиц, которые были назначены «бояр кормить». В 1672 году Потемкин был также у стола государева по случаю рождения и крещения царевича Петра Алексеевича, причем ему с братом Фед. Ив. Потемкиным поручено было «властей кормить».
В 1674 году (7-го июня) вышел указ стольнику Потемкину (с дьяком Як. Чернцовым) отправиться в Вену, — в посольство к императору Леопольду, причем ему снова был дан титул наместника Боровского. Целью посольства было поздравить императора с бракосочетанием, уведомить о заключении перемирия между Польшей и Россией и просить уведомить: будет ли он помогать Польскому королю против Турок, и в чем будет выражаться эта помощь. Кроме того, посольству было поручено тайно предостеречь императора о том, что польский король, прекратив войну с турками, хочет напасть на него. Выехав из Москвы 7-го июля, посланники через Великий Новгород, Псков, Вольмар и Ригу 21-го августа поехали по Двине, затем по морю достигли Любека (8-го сентября), оттуда в каретах отправились на Гамбург (11-го сентября); затем чрез Лимбург (14-го сентября), Лейпциг (21-го сентября), и далее чрез Саксонию они 23-го октября прибыли в Вену, а 2-го ноября были приняты на аудиенции Леопольдом и 31-го декабря получили ответную грамоту, в которой император уверял, что его желанием всегда было помочь Польше. 13-го января 1675 года посланники двинулись из Вены в обратный путь и через Бреславль, Торн, Королевец (Кенигсберг), Мемель, Митаву, Ригу, Псков и Великий Новгород, 15-го марта прибыли в Москву.
В день похорон царя Алексея Михайловича Потемкин был в числе комнатных стольников, которые несли гроб из дворца в собор Михаила Архангела. В том же 1676 году (с июля по декабрь) Потемкин с дьяком Сид. Поплавским был послан для исправления старых границ с Польшей в Мечиславль, на съезд с польскими комиссарами, в качестве «межевых судей». Съезд этот, однако, не принес никаких результатов. В 1679 году мы опять встречаем Потемкина в числе лиц, назначенных быть за государем в походе на богомолье в Троицкий Сергиев монастырь. В 1680 году (13-го октября) вышел указ Потемкину отправиться (с титулом «наместника Углицкого») в посольство по западноевропейским государствам: велено было ехать во Францию и Испанию, а оттуда заехать в Англию. Целью посольства во Францию было объявление о кончине царя Алексея Михайловича, а также договор о торговле.
24-го апреля (9-го мая) Потемкин получил аудиенцию у Людовика XIV в Версале. После представления Потемкин вступил в переговоры, но ввиду того, что споры о царском титуле не могли придти к желаемому результату, он не только прекратил переговоры, но даже отказался принять грамоту от короля и выехал 11-го мая из Парижа в Мадрид. Сохранилась гравюра-уника, находящаяся в национальной Парижской Библиотеке, изображающая прием Потемкина в Версале. Картина представляет тот момент, когда Потемкин подносит сидящему на троне, королю грамоту.
25-го июля 1681 года посланники прибыли в Мадрид, но не договорились о взаимной свободе торговых сношений. Принятый 2-го августа королем, П. получил ответную его грамоту и 9-го сентября выехал в Лондон, куда и прибыл 21-го ноября 1681 года. 24-го ноября посланники имели аудиенцию у короля, а выехали лишь 15-го февраля 1682 года и возвратились в Москву 4-го августа. Существует два портрета Потемкина времен этого посольства: один из них, работы испанского художника Каррено, хранится в Мадридской галерее; другой, очень сходный с предыдущим, хранится в Московской Оружейной Палате, а копия с него — в Гатчине. Кроме того, существуют и гравированные (работы Вайта и Блотелинга) портреты Потемкина, крайне редкие.
Потемкин был также посылаем в Данию, но год его посольства неизвестен. Говорят, что король в это время, будучи болен, лежал в постели, и что Потемкин, для переговоров с ним, потребовал, чтобы ему была возле постели короля также поставлена постель, лежа на которой он и вел переговоры. Не достигнув целей посольства, Потемкин получил от правительницы Софии выражение ее неудовольствия и в том же 1682 г. сделан был думным дворянином. В 1689 году (14-го октября) Потемкин получил назначение быть 2-м судьей во Владимирском Судном Приказе, а в 1692 г. сделан был (28-го июня) окольничим. В 1688, 1689 и 1693 годах Потемкин участвовал в крестных ходах по Москве. В 1696 году его имя встречается в списке лиц, назначенных дневать и ночевать у гроба царевича Иоанна Алексеевича, и 1697 году он присутствовал у «действа поставления» в Астрахань митрополита Самсония и назначен был также «провожать его до подворья». В 1697 году, в сентябре, он был назначен воеводой в Новобогородицк на Самаре (ныне Новомосковск), где был еще в середине сентября 1699 года. Умер около 1700 года в преклонных годах, более 80 лет от роду.