Después de trabajar tres años en Praga, se convirtió en maestro de capilla (Kapellmeister) en Bayreuth y Gera. En 1719 contrajo matrimonio y al año siguiente fue designado a Gotha, donde ya había trabajado hasta la muerte de los duques de Sajonia-Gotha-Altenburgo Frederick II y Frederick III, componiendo una cantata cada semana.

A partir de 1730, también realizó composiciones para la ciudad de Sondershausen. Stölzel realizó numerosas piezas festivas y arias para interpretarlas en la corte. El archivo de Schloss Sondershausen conserva muchos de estos manuscritos encontrados dentro de una caja detrás del órgano en 1870. El inmediato sucesor de Stölzel en la corte de Gotha fue Jiří Antonín Benda y tenía la mayor parte de los manuscritos de éste en el ático del castillo. Los agujeros del tejado expusieron los manuscritos a la lluvia y las ratas también masticaron y comieron el papel. Treinta años después, cuando alguien se interesó por esa música y fue al ático, sólo encontró unos pocos fragmentos intactos. De las 80 suites orquestales compuestas por Stölzel no se conserva ninguna. De hecho, de lo que tuvo que haber sido cientos de composiciones, sólo 12 piezas se conservan en Gotha.

Stölzel disfrutó de una gran reputación a lo largo de su vida: Lorenz Christoph Mizler lo catalogó tan grande como a Johann Sebastian Bach. Johann Mattheson lo situó entre "los maestros de música equilibrados, cultos y grandes" de su siglo. Stölzel era un estilista alemán consumado que escribió muchos de los textos poéticos para sus propias composiciones vocales. Los estudiantes que comienzan sus estudios de piano suelen hacerlo con algunas piezas compuestas por él, como las que se incluyen en "Pequeño libro de Anna Magdalena Bach".

Sus obras más importantes son: cuatro conciertos grossi, numerosas sinfonías y un concierto para oboe d'amore. Sus óperas no han sobrevivido y oratorios como la “Brockes Passion” (1725) y “Oratorio de Navidad” sí se han conservado. Doce ciclos anuales completos de cantatas así como otras quinientas de textos seculares se han conservado por completo.

Su Abhandlung vom Recitativ (El arte del recitativo) escrito alrededor de 1739, permaneció inédito hasta 1962 y fue una de las obras conservadas por Benda.

“Bist du bei mir” (Si estás conmigo) es un aria en el Cuaderno de Anna Magdalena Bach. Se atribuyó por consiguiente a Johann Sebastian Bach (BWV 508), pero la melodía es parte de la ópera "Diomedes, oder die triumphierende Unschuld" de Gottfried Heinrich Stölzel, que se realizó en Bayreuth el 16 de noviembre de 1718.