Ngày 30 tháng 1 năm 1964, ông tham gia cuộc Chỉnh lý do tướng Nguyễn Khánh cầm đầu, với mục đích loại bỏ vai trò của các tướng lãnh chỉ huy cuộc đảo chính 1 tháng 11 năm 1963. Do vậy, ông được tướng Nguyễn Khánh bổ nhiệm vào chức vụ Đô trưởng Sài Gòn thay tướng Mai Hữu Xuân sau khi bàn giao bộ Tư lệnh Đia phương Quân và Nghĩa quân lại cho Trung tướng Trần Ngọc Tám (Năm 1964, Địa phương quân và Dân vệ được cơ cấu thành Bộ tư lệnh Địa phương quân và Nghĩa quân trực thuộc Bộ Tổng tham mưu). Một tháng sau, ông được thăng cấp Thiếu tướng. Tuy nhiên, đến ngày 9 tháng 9, ông bị buộc phải bàn giao chức vụ Đô trưởng lại cho Giáo sư Trần Văn Hương. Quá bất mãn, bốn ngày sau vào ngày 13 tháng 9, ông tham gia cuộc binh biến biểu dương lực lượng do Trung tướng Dương Văn Đức cầm đầu, với mục đích loại tướng Nguyễn Khánh khỏi vị trí quyền lực. Cuộc binh biến bất thành, ông cùng nhóm sĩ quan liên quan bị đưa ra Tòa án binh do Trung tướng Nguyễn Ngọc Lễ làm Chánh thẩm xét xử. Dù sau đó, ông được tha bổng nhưng bị buộc phải giải ngũ vào cuối tháng 10 cùng năm và không được giữ bất kỳ chức vụ nào trong quân đội.