Đầu tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý nội bộ các tướng lãnh trong Hội đông Quân nhân Cách mạng để giành quyền lãnh đạo của tướng Nguyễn Khánh, ông được thăng cấp Thiếu tá và được cử làm Tham mưu trưởng Sư đoàn 21, lần lượt dưới quyền 2 Tư lệnh Sư đoàn: Đại tá Cao Hảo Hớn (11/1963-6/1964), Đại tá Đặng Văn Quang (6/1964-3/1965). Ngày Quốc khánh Đệ Nhị Cộng hòa 1 tháng 11 năm 1965, ông được đặc cách thăng cấp Trung tá được cử giữ chức Chỉ huy trưởng Yếu khu Trà Nóc tại Thị xã Cần Thơ.