Cuối năm 1963, sau cuộc đảo chính Tổng thống Ngô Đình Diệm, ông được cử đi học khóa tình báo tại Okinawa, Nhật Bản. Đầu tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý nội bộ ngày 30 tháng 1 của tướng Nguyễn Khánh, ông được thăng cấp Trung tá nhận nhiệm vụ thành lập phòng 7 tại Bộ Tổng tham mưu và giữ chức vụ Trưởng phòng. Tháng 3 năm 1965, ông được thăng cấp Đại tá tại nhiệm.