1913年（民国2年）9月，汪大燮就任熊希龄内阁教育总长。他还加入了进步党。1914年3月，出任平政院院长。1914年5月，任参政院副院长。1916年（民国5年）6月，任段祺瑞内阁交通总长，翌月辞任。1917年（民国6年）2月，担任赴日本特使，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