Đầu năm 1952, sau khi về nước, ông được chuyển ngạch sang Quân đội Quốc gia Việt Nam và được thăng cấp Thiếu tá. Tháng 5, ông được bổ nhiệm làm Chánh Sở An ninh Quân đội Quốc gia đầu tiên trực thuộc Bộ Tổng Tham mưu. Đến đầu tháng 7 ông được thăng cấp Trung tá tại nhiệm. Ngay sau đó, Sở An ninh Quân đội được đổi thành Nha Tác động Tinh thần (gồm cả An ninh Quân đội và Phòng 5), theo đó chức vụ Chánh Sở cũng được đổi thành Giám đốc Nha. Ngày 1 tháng 6 năm 1953 ông được thăng cấp Đại tá tại nhiệm. Cuối tháng 7, bàn giao chức vụ Giám đốc Nha Tác động tinh thần lại cho Đại tá Mai Hữu Xuân. Ngày 1 tháng 8, ông được cử giữ chức vụ Tham mưu trưởng Liên quân tại Bộ Tổng tham mưu thay thế Đại tá Trần Văn Minh.