国际联盟李顿调査团中国代表处専门委员，奉派赴日内瓦。1935年（民国24年），任驻土耳其公使馆参事，翌年转任驻日本大使馆参事。1937年（民国26年）5月，主宰国民政府军事委员会国际问题研究所。同年8月，淞沪会战爆发，王大桢赴缅甸、越南，为准备修筑滇缅公路而奔走。1945年（民国34年），当选中国国民党第六届候补中央执行委员。1946年（民国35年）5月17日，王大桢病逝。享年54岁（满53歳）。王大桢也是一位历史学家，在日本古代史和匈奴史等方面留有着作。