改组军政府，顾维钧辞职，寓居天津英租界。1928年7月国民革命军北伐胜利统一全国，顾维钧被国民政府通缉。1930年经张学良斡旋，加入国民政府，重返外交界。
国联调查团.1931年“九一八”事变后，顾维钧受中国政府委派，参加国际联盟李顿调查团。他不畏日本阻挠甚至生命恐吓，坚持进入中国东北实地考察并且独立进行了许多工作，向调查团提出了揭露日本侵略行径的长篇备忘录，对调查团施加影响，为中国争取利益。1936年3月，顾维钧与厉麟似、王正廷等人一同被推举为国际联盟中国分会——中国国联