Ngày 11 tháng 11 năm 1960, cuộc đảo chính quân sự lật đổ Tổng thống Ngô Đình Diệm do Đại tá Nguyễn Chánh Thi và Trung tá Vương Văn Đông cầm đầu đã nổ ra. Quân đảo chính lợi dụng bất ngờ đã chiếm giữ được một số vị trí quan trọng, kiểm soát được Quân khu Thủ đô và bao vây Dinh Độc Lập. Ông bị các chỉ huy đảo chính bắt giữ và đưa về Bộ Tổng Tham mưu quản thúc trong căn nhà dùng làm Trung tâm Hành quân của cuộc đảo chánh.