四郎被任命为日本驻华大使，2月16日前往首相官邸拜会田中角荣，同年3月29日从东京乘日本航空班机赴香港，3月31日从香港抵京赴任，同年4月3日向中华人民共和国代主席董必武递交国书，4月8日接受周恩来的会见。1974年4月20日，小川平四郎与中国外交部长姬鹏飞在北京签订《中日航空运输协定》。1977年7月4日离任驻华大使一职，同年8月10日由佐藤正二接任。小川平四郎离任后在住友商事担任顾问至1985年，后任日中协会副会长。1997年7月25日因突发心脏病逝世，享年81岁。