Với uy tín trong xã hội, một lần nữa ông trở thành chính khách. Ngày 8 tháng 9 năm 1964, Thượng Hội đồng Quốc gia, một cơ quan chuyển tiếp quyền lực được thành lập trong bối cảnh rối ren tại Việt Nam Cộng hòa kể từ sau cuộc đảo chính 1963. Thượng Hội đồng ""gồm 16 nhân sĩ tên tuổi là các ông: Phan Khắc Sửu, Lê Văn Thu, Nguyễn Văn Huyền, Trần Đình Nam, Trần Văn Văn, Trần Văn Quế, Nguyễn Văn Lực, Nguyễn Xuân Chữ, Hồ Văn Nhựt, Mai Thọ Truyền, Ngô Gia Hy, Lê Khắc Quyến, Tôn Thất Hanh, Lương Trọng Tường, Nguyển Đình Luyện, và Hồ Đắc Thắng."". Thời gian làm chính khách của ông chỉ kéo dài 3 tháng. Ngày 20 tháng 12 năm 1964, Hội đồng Quân lực ra thông cáo giải tán Thượng Hội đồng và bắt giữ một số thành viên. Sau sự kiện này, ông lại trở về công tác chuyên môn và gần như không tham gia hoạt động chính trị nữa.