1954年9月，蒋介石以叶公超为出席联合国第九届大会首席全权代表，蒋廷黻等4人为全权代表。12月3日在华府，代表中华民国与美国国务卿约翰·福斯特·杜勒斯签署《中美共同防御条约》。1958年8月，继董显光担任驻美大使，表现深受艾森豪、邱吉尔、肯尼迪等西方冷战领袖的肯定。后因与蒋介石在外蒙古入联问题上持不同策略，于1961年奉急召返国，旋被免职：先遭“留在总统身边以备顾问”为由不得返任，后在当年11月改聘为行政院政务委员，从此遭到长期监视，并被禁止出国长达16年。
晚年.1978