Cuối năm 1963, sau cuộc đảo chính Tổng thống Ngô Đình Diệm do tướng Dương Văn Minh lãnh đạo thành công, ông được trở lại đơn vị cũ tiếp tục phục vụ trong Quân đội và được thăng cấp Thiếu tá làm Trưởng phòng Điều hành tại căn cứ Tân Sơn Nhất. Tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý nội bộ ngày 30 tháng 1 của tướng Nguyễn Khánh, ông được cử giữ chức vụ Tham mưu trưởng Phi đoàn 1 Vận tải. Tháng 6 năm 1965, ông được thăng cấp Trung tá làm Chỉ huy phó Phi đoàn 1 Vận tải do Đại tá Lưu Kim Cương làm Chỉ huy trưởng.