1973年11月、日本ハムによる日拓ホームフライヤーズ買収へ関与し日本ハムファイターズ（日本ハム球団株式会社）の代表取締役社長兼球団代表へ就任。娘婿の中西を監督に据えた。初回ランナー出た場面でバントのサインを出した中西の采配を見て「こいつ監督の器じゃない」と思ったという。チームは1974年、75年と2年連続最下位に終わり、後任に大沢啓二を招聘した。大沢はBクラスだったファイターズを優勝を狙えるチームにまで育て上げ、1981年には前身の東映時代以来19年ぶりにリーグ優勝を果たした（この頃には、相談役へ退き、晩年まで務めた）。この間チームの体質改善を図り東映時代（1954年 - 1972年）からの主力を次々に放出させ、リーグ優勝時に残っていたのは宇田東植、千藤三樹男、岡持和彦（シーズンオフに宇田は阪神タイガースへ移籍、千藤は引退）だけだった。1978年の江川事件では、巨人を除く11球団で最後まで江川卓の巨人入団に反対したが、大勢を変えることはできなかった。1983年に野球殿堂入りを果たす。1984年2月6日、糖尿病の悪化による心不全のため死去した。72歳没。
1971年にヤクルトアトムズ監督に就任。優勝はできずAクラス（2・3位）入りもならなかったが、就任前年には勝率.264とドラフト制導入以後最低勝率を記録した崩壊状態のチームを、1年目は最下位ながらも勝率.419、2年目の1972年には勝率.472（4位）、3年目の1973年は勝率.488で4位ではあったが首位巨人に4.5ゲーム差にまで詰め寄るなど、短期間で立て直した。また入団したばかりの若松勉の打撃センスを見抜き、1年目からレギュラーに抜擢、三原と共に打撃コーチとしてヤクルト入りした中西とのマンツーマン指導の甲斐もあり翌1972年には早くも首位打者になるなど、後に若松が大打者として羽ばたくきっかけを作った。
1968年には4年連続最下位だった近鉄バファローズの監督に就任。妻と共に奈良県奈良市西大寺の公団住宅に住み込みながら指導し、1年目は4位で終わったが、2年目には阪急ブレーブスと優勝争いを繰り広げて2位となる。3年の任期満了に伴い、1970年限りで退任。永淵洋三を投手・野手の二刀流で起用した後、野手に専念させて首位打者を獲得させた。伊勢孝夫・小川亨も指導。
当時大洋は1954年から59年まで6年連続最下位であり、万年最下位の大洋に名将の誉れ高い三原が監督に就任したことは大きな話題を呼んだ。そして、水原率いる巨人とペナントレースで闘うことになりマスコミから「巌流島の戦い再現」と喧伝された。1960年は開幕から6連敗を喫し、エース秋山登もいきなり戦線離脱する苦しい幕開けだったが、すぐさま選手起用が冴え渡り、巨人と優勝争いを繰り広げた。前年には0勝に終わった権藤正利をリリーフ専門で起用して復活、左腕の鈴木隆を中継ぎ・リリーフで巧みに使い、投手力の底上げに成功した。打線は低打率であったが、二塁手に新人の近藤昭仁を起用し、遊撃のレギュラーだった麻生実男は代打で重点的に起用し、トレードで近鉄バファローから鈴木武を獲得して遊撃に起用するなどの使い分けをおこなった。三原はこれらの選手を「超二流選手」と呼び、この「超二流選手」たちを巧く組み合わせる采配を取り、1点差試合に33勝17敗という勝率を挙げていった。こうして巨人を下して球団史上初のリーグ優勝を成し遂げた。日本シリーズは「ミサイル打線」との異名を持つ大毎オリオンズとの対戦となった。下馬評では圧倒的な大毎有利であったが、初戦からの4連勝（全て1点差試合）で下して日本一。日本プロ野球史上初の前年度最下位球団による、リーグ優勝・日本一を達成した。また監督として3球団での優勝も史上初であったが（その後1979年に西本幸雄、2013年に星野仙一も達成）、三原にとっても人生で最高のシーズンだったという。この功績が評価され、スポーツ界では初めて菊池寛賞を受賞した（1961年）。その後1962年、1964年も、大洋は阪神タイガースと首位争いを演じ、優勝スレスレに至るがいずれも惜しくも優勝を逃した。1967年を最後に辞任を表明した。
その後、日中戦争の拡大、日米通商航海条約の破棄宣言（1939年7月26日、1940年1月26日失効）、ナチスドイツによるオランダ本国侵攻（1940年5月10日）などを受けて蘭印との経済関係の維持・確保に迫られた米内内閣は、5月11日に蘭印の現状維持を宣言するが、同月20日は蘭印に対して見返りとして重要物資13品目の輸出拡大を要請した。特に石油・ゴム・錫などの軍需物資の確保は日本にとって至上命令であった。続く、第2次近衛内閣も前内閣の方針を継承して蘭印からの石油等の安定した物資供給の確約を得るべく、小林一三商工大臣をバタビアに派遣し1940年9月13日から交渉を開始した（第2次会商）。オランダ側は本土を占領されており、船員の統治はイギリスに設置された亡命政府がコントロールしていたが、会商団としてファン・モーク蘭印経済長官および現地石油会社役員・資本元のロイヤル・ダッチ・シェル・スタンダード・オイルからの代表が交渉にあたった。ところが、日本側は蘭印が大東亜共栄圏の一員であることを表明することやインドネシア人に自治権を付与することを期待する態度を示し、更に9月27日には日独伊三国同盟が締結されたことから、蘭印側の警戒感を一気に高めて日本を仮想敵視する動きを見せた。このため、10月22日に一旦小林商相を召還した。1941年1月15日には代表を元外務大臣の芳沢謙吉に代えて再交渉を開始するが、蘭印側は既にナチス・ドイツの同盟国である日本の侵攻を見越してアメリカ・イギリスに支援を求め、その一方で早すぎる決裂が日本側を早期開戦に踏み切らせないために強硬な態度を示しながらも決裂だけは回避する引き伸ばし工作を行った。その結果、6月17日には現状の経済関係の維持と一部地域での石油採掘権の日本側への提供、再交渉の意思の相互確認のみを合意として、事実上の決裂のまま交渉は打ち切られた。だが、翌月の日本軍による南部仏印進駐をきっかけに蘭印側は日本との経済協定を破棄し、太平洋戦争開戦とともに日本軍の蘭印作戦を招くことになる。