Tháng 11 năm 1963, ông thuộc nhóm sĩ quan tham gia cuộc đảo chính ngày 1 tháng 11, lật đổ Tổng thống Ngô Đình Diệm. Vì vậy, khi đảo chính nổ ra, ông chỉ huy một Chi đoàn Thiết giáp M.113 về bảo vệ Bộ Tổng tham mưu. Sáng ngày 2 tháng 11, ông được lệnh dẫn theo 2 xe thiết giáp M.113 cùng một số sĩ quan tháp tùng đến Nhà thờ Cha Tam để đón hai anh em ông Diệm và ông Nhu. Trong số các sĩ quan đi cùng, có tướng Mai Hữu Xuân, Đại tá Dương Ngọc Lắm, Thiếu tá Dương Hiếu Nghĩa và Đại úy Nguyễn Văn Nhung. Tuy nhiên, khi về đến Bộ Tổng tham mưu, hai anh em ông Diệm, vốn được áp tải trong một chiếc M.113, đã chết trong hoàn cảnh đầy nghi vấn. Buổi chiều cùng ngày, ông được thăng cấp Thiếu tá. Một số tài liệu chưa được kiểm chứng còn cho rằng ông còn nhận được 100.000 đồng tiền thưởng từ Trung tướng Trần Văn Đôn. Do những sự kiện này, nhiều tài liệu nghi vấn về vai trò của ông trong cái chết đầy tranh cãi của anh em ông Tổng thống Diệm và ông Cố vấn Nhu.