Cách mạng tháng Tám 1945 thắng lợi, Trương Trung Phụng về nước với quân hàm đại tá, do thấy rõ bộ mặt tay sai của bọn Việt Quốc, Việt Cách ở Tĩnh Tây, ông ủng hộ chính sách Đại đoàn kết dân tộc của Hồ Chủ tịch và được giới thiệu ứng cử Quốc hội nước Việt Nam dân chủ cộng hòa khóa I tại thành phố Hải Phòng. Các ứng cử viên do Mặt trận giới thiệu như Trương Trung Phụng, Nguyễn Đình Thi, Nguyễn Sơn Hà đã trúng cử với số phiếu rất cao. Khi trường võ bị Trần Quốc Tuấn mở ở Thủ đô, Trương Trung Phụng được điều về giảng dạy ở trường này và suốt thời gian kháng chiến chống Pháp, chống Mỹ, ông phục vụ trong các trường, viện đào tạo cán bộ quân sự. Khi về hưu, ông chuyển về thành phố Hồ Chí Minh.