文久3年（1863年）复归藩政。藩主山内容堂派其前往江户开成所学习兰学，航海和英学。元治元年（1864年）被任命为大监察。后藤作为公武合体主要倡导者在镇压土佐勤王党中起了关键作用。庆应3年（1867年），后藤象二郎的政治主张转为攘夷。在长崎和尊皇派坂本龙马会谈后，打算以龙马提议的船中八策通过山内容堂向德川庆喜进言大政奉还。同时和萨摩藩缔结萨土盟约图谋推翻德川幕府。然而山内容堂反对以武力推翻幕府。最后由于处理长崎英国水手被杀事件耽误时机，造成萨摩藩的不信任而解除盟约。但此后仍然坚持大政奉还的工作努力。10