张学良东北易帜后，王家桢任东北边防军司令长官公署外交机要处主任。1928年，蔡智堪曾通过王家桢将田中奏折转交张学良后公开。1930年（民国19年）4月，任国民政府外交部常务次长，并且兼任外交部特派威海卫接收专员、日本租界收回委员会委员长。1931年，九一八事变爆发，张学良失势，王家桢遂离开上述要职。
国民政府、中华人民共和国时期的活动.1931年起，王家桢历任国民政府外交部顾问、中国出席国际联盟会议代表、中央政治委员会外交委员会委员。1934年（民国23年）10月，任国民政府军事委