Cuối năm 1963, sau cuộc đảo chính Tổng thống Ngô Đình Diệm (1 tháng 11). Ngày 5 tháng 11, ông được thăng cấp Thiếu tá tại nhiệm. Đầu tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý nội bộ ngày 30 tháng 1 với các tướng lãnh trong Hội đồng Quân Nhân Cách mạng để lên nắm quyền lãnh đạo của tướng Nguyễn Khánh, Công xưởng Không quân Biên Hòa được cải danh thành Không đoàn Kỹ thuật và Tiếp vận đồng thời chức vụ Giám đốc Công xưởng cũng được cải danh thành chức vụ Tư lệnh Không đoàn. Ông trở thành Tư lệnh đầu tiên của Không đoàn Kỹ thuật và Tiếp vận.