ภายหลังจากเกิดกรณีการสวรรคตของพระบาทสมเด็จพระปรเมนทรมหาอานันทมหิดล พลโทกาจได้โจมตีนายปรีดี พนมยงค์ ว่ามีแผนการจัดตั้ง "มหาชนรัฐ" ที่มีเป้าหมายเพื่อเปลี่ยนประเทศไทยเป็น "สาธารณรัฐ" จนเป็นที่โจษจันไปทั่ว และเกิดการจับกุมผู้ต้องสงสัยหลายรายซึ่งล้วนแต่เป็นกลุ่มของนายปรีดี หลวงกาจสงครามอ้างเรื่องแผนมหาชนรัฐว่าจะก่อให้เกิดการวินาศกรรมครั้งใหญ่ จึงได้ตัดสินใจรัฐประหารเสียก่อน เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2490 เกิดเหตุการณ์รัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2490 พ.อ. กาจ กาจสงคราม เป็นรองหัวหน้าคณะรัฐประหาร ซึ่งประกอบด้วยนายทหารนอกราชการที่นำโดย พล.ท. ผิน ชุณหะวัณ พ.ต.อ. เผ่า ศรียานนท์ พ.อ. สฤษดิ์ ธนะรัชต์ พ.อ. ถนอม กิตติขจร พ.ท. ประภาส จารุเสถียร และ ร.อ. สมบูรณ์ (ชาติชาย) ชุณหะวัณ ทำการยึดอำนาจการปกครองประเทศ จากรัฐบาลของพลเรือตรีถวัลย์ ธำรงนาวาสวัสดิ์ และตั้งนายควง อภัยวงศ์ เป็นนายกรัฐมนตรี หลวงกาจสงครามมีส่วนอย่างสำคัญในการยกร่าง และเก็บซ่อนไว้ใต้ตุ่ม จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่ารัฐธรรมนูญฉบับ “ใต้ตุ่ม” หรือ “ตุ่มแดง” และหลวงกาจสงคราม ได้รับฉายาจากการรัฐประหารครั้งนี้ว่า “นายพลตุ่มแดง” แต่ได้มีการแย้งในภายหลังว่ารัฐธรรมนูญฉบับดังกล่าวถูกร่างโดย เสนีย์ ปราโมชในวันที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2491 พันเอกกาจได้รับโปรดเกล้าฯ พระราชทานยศเป็น พลโท