Tuy nhiên, chỉ 2 tháng sau, tướng Nguyễn Khánh cầm đầu Cuộc Chỉnh lý ngày 30 tháng 1 năm 1964 lật đổ Chính quyền Quân sự này và giành quyền cai trị Việt Nam Cộng hòa. Ông bị thất thế về chính trị, mặc dù vẫn được giữ chức vụ Quốc trưởng, với chức vụ này, ông là một trong 3 lãnh đạo Quốc gia cho chế độ được xưng là "Tam đầu chế":