Tham gia Chính phủ Quốc gia Việt Nam Nguyễn_Khoa_Toàn

Năm 1948 khi vua Bảo Đại quay trở lại tham chính, ông được bổ nhiệm chức Tổng trưởng Bộ Giáo dục - Thông Tin Nghi lễ trong nội các của Thủ tướng Nguyễn Văn Xuân.

Ngày 5 tháng 8 năm 1948 Thủ tướng Nguyễn Văn Xuân cùng đại diện ba miền là Nghiêm Xuân Thiện, Đặng Hữu Chí (Bắc Việt), Phan Văn Giáo, Nguyễn Khoa Toàn, Đinh Xuân Quảng, (Trung Việt), và Trần Văn Hữu, Lê Văn Hoạch (Nam Việt) đến vịnh Hạ Long hội họp. Dưới sự chứng kiến của cựu hoàng Bảo Đại, hai bên Việt-Pháp ký thỏa ước Hạ Long, dưới hình thức một bản "Tuyên bố chung" ngày 5-6-1948 trên chiến hạm Duguay-Trouin, thả neo trong vịnh Hạ Long. Nước Pháp công nhận nền độc lập của Việt Nam, được tự do thực hiện nền thống nhất của mình. Về phía Việt Nam, nước Việt Nam tuyên bố sự sáp nhập vào Liên Hiệp Pháp dưới danh nghĩa một quốc gia liên kết với nước Pháp.

Sau đó ông được giao nhiệm vụ làm đại sứ Việt Nam tại Thái Lan (1951-1955).