阎锡山投向国民政府后，1928年2月，南桂馨任中国国民党中央政治会议太原分会委员。1928年3月，任山西省政府委员兼民政厅厅长。1928年6月，出任天津特别市政府市长，在任3个月。此后，历任中国国民党山西省党务指导委员、国民政府军事委员会委员。阎锡山在中原大战中败北下野后，1930年（民国19年）11月，南桂馨调任陕西省政府委员。1931年（民国20年）10月，被任命为立法院立法委员。1935年（民国24年）6月，调任河北省政府委员。他还担任全国水利委员会委员。抗日战争期间，他在天津闲居，拒不出任亲日政