Дамян Велчев участва в организирането на Деветоюнския преврат през 1923 година, след който е единственият офицер, върнат на служба в армията без прекъсване на стажа. До 1928 година е началник на Военното училище. След смъртта на Никола Рачев в Атентата в „Света Неделя“ през април 1925 година Велчев е избран за секретар на Военния съюз и остава на този пост до 1935 година. На 6 май 1925 година е повишен в полковник.