Tháng 11 năm 1963, các tướng lĩnh thực hiện Cuộc đảo chính lật đổ Chính phủ Ngô Đình Diệm. Trung tướng Trần Thiện Khiêm, Ủy viên Quân sự Hội đồng Quân nhân Cách mạng tạm thời phụ trách điểu khiển hoạt động của Bộ Quốc phòng cho đến khi Chính phủ Nguyễn Ngọc Thơ thành lập, với Trung tướng Trần Văn Đôn giữ chức vụ Tổng trưởng Quốc phòng. Tháng 11 năm 1964, dù vẫn giữ nguyên tên Bộ Quốc phòng, nhưng chức danh lãnh đạo được đổi thành Tổng trưởng Quân lực. Hai tháng sau, lại đổi trở lại thành Tổng trưởng Quốc phòng.