Sau đó ông được cử sang Pháp với vai trò đại diện thương mại và Tổng Đại diện của Chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa.

Năm 1973, Mai Văn Bộ tham gia trong phái đoàn Việt Nam Dân chủ Cộng hòa ký hiệp định Paris 1973 giữa 4 bên tham chiến: Hoa Kỳ, Việt Nam Dân chủ Cộng hòa, Cộng hòa miền Nam Việt Nam và Việt Nam Cộng hòa ký kết tại Paris ngày 27 tháng 1 năm 1973.

Sau năm 1975 ông được bổ nhiệm là Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Việt Nam tại Italia (năm 1975) tại Pháp, Bỉ, Hà Lan và Luxembourg (năm 1980 - 1984).