李大钊激昂地认为应当将外蒙置于苏俄统治下，以致于顾维钧认为李大钊失去了理智。1926年10月顾维钧代理内阁总理并署任大总统，1927年1月正式组阁任国务总理并继续署任大总统，至6月张作霖改组军政府，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