Ngày 1 tháng 11 năm 1963, cuộc Đảo chính nổ ra. Ông Diệm và Nhu bị lật đổ và bị hành quyết sau khi nhận ra một cách muộn màng sự phản bội của ông. Ngày 2 tháng 11, ông được thăng cấp Trung tướng và được cử vào chức vụ Đệ Nhị Phó Chủ tịch Hội đồng Quân nhân Cách mạng kiêm Tổng trưởng An ninh trong Nội các của Chính phủ Thủ tướng Nguyễn Ngọc Thơ sau khi bàn giao chức vụ Tổng trấn Sài Gòn lại cho Trung tướng Mai Hữu Xuân.