赴日本特使，翌月获得大正天皇派政府代表授予勋章。张勋复辟失败后的1917年7月，段祺瑞再度组织内阁，汪大燮任外交总长。11月22日，段祺瑞辞去国务总理职务，自此至11月30日，汪大燮代理国务总理，组织临时内阁。1918年（民国7年）12月，任大总统徐世昌手下的外交委员会委员长。徐世昌设立外交委员会是为审议《凡尔赛和约》相关案件。1919年，国民外交协会成立，汪大燮任理事，并暂代国民外交协会理事长（时任理事长梁启超在欧洲漫游未归）。1919年五四运动兴起，汪大燮、王宠惠、林长民向京师警察厅总监呈请保释被捕