Cách mạng Tháng Tám năm 1945 thành công, ông là Xứ uỷ viên, Uỷ viên uỷ ban hành chánh Nam bộ. Đến tháng 10/1945, Xứ uỷ mới được thành lập trên cơ sở thống nhất giữa hai hệ thống Đảng Tiền Phong và Giải phóng do ông Tôn Đức Thắng làm Bí thư. Xứ uỷ mới cử ông Nguyễn Văn Cúc (Mười Cúc tức đồng chí Nguyễn Văn Linh) Xứ uỷ viên làm Bí thư liên Tỉnh uỷ Hậu Giang, ông Nguyễn Thanh Sơn chuyển xuống làm Phó bí thư.

Tháng 1/1946, ông là đại biểu Quốc hội Việt Nam khoá I, đơn vị tỉnh Trà Vinh, đến tháng 6/1946, ông được phân công Chánh thanh tra chính trị miền Tây, Uỷ viên uỷ ban kháng chiến Nam bộ. Năm 1947, ông là Xứ uỷ viên Nam Bộ, Phó chủ tịch Uỷ ban kháng chiến miền Nam Việt Nam chuyên trách về các vấn đề kháng chiến Nam Bộ.

Năm 1948, ông là Xứ uỷ viên, uỷ viên quân sự, rồi uỷ viên ngoại vụ, Uỷ ban kháng chiến hành chánh Nam Bộ. Đến tháng 12/1949, ông là Uỷ viên Ban tiếp vận Trung ương, phụ trách công tác tiếp vận bằng đường biển từ Băng Cốc (Thái Lan) qua Campuchia về các quân khu Nam Trung Bộ và Liên khu 5. Sau đó ông được Trung ươngg cử làm trưởng đoàn phụ trách tổ chức chi viện cho cách mạng Campuchia, trong số thành viên của đoàn có ông Sơn Ngọc Minh, ông Tou Samouth (về sau ông Sơn Ngọc Minh là Tổng Bí thư Đảng cộng sản Campuchia). Ông được giao nhiệm vụ đại diện cho Xứ uỷ Nam bộ đi thống nhất Đảng bộ Campuchia với Ban cán sự Đảng ở Thái Lan.

Năm 1950-1954, ông là Xứ uỷ viên Nam bộ; Bí thư ban cán sự Đảng bộ ĐCS Đông Dương kiêm Tư lệnh và Chính uỷ tình nguyện quân Việt Nam tại Campuchia. Đại biểu Bộ Tổng tư lệnh trong phái đoàn quân sự Việt Nam tại Giơnevơ. Trưởng phái đoàn Bộ Tổng tư lệnh Quân đội nhân dân Việt Nam trong Uỷ ban Liên hiệp đình chiến Việt Nam-Campuchia. Phó trưởng ban Lào-Campuchia Trung ương.