Đầu tháng 11 năm 1963, sau cuộc đảo chính Tổng thống Ngô Đình Diệm (ngày 1 tháng 11). Ngày 2 tháng 11, ông được cử giữ chức Chỉ huy phó Bộ Chỉ huy Không chiến do Đại úy Huỳnh Bá Tính làm Chỉ huy trưởng. Đến đầu tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý nội bộ ngày 30 tháng 1 với các tướng lãnh trong Hội đồng Quân nhân Cách mạng để nắm quyền lãnh đạo của tướng Nguyễn Khánh, ông được thăng cấp Thiếu tá đảm nhiệm chức vụ Chỉ huy phó Không đoàn 62 chiến thuật tân lập tại Pleiku do Trung tá Trần Văn Minh làm Chỉ huy trưởng. Cùng năm, được huấn luyện máy bay trực thăng và A.37 tại các Không đoàn chiến thuật Không quân.