Năm 1967 ông được cử làm Đại sứ Việt nam tại Trung quốc,[9]. Ông là đại sứ thứ tư sau ông Hoàng Văn Hoan, Nguyễn Khang và Trần Tử Bình. Đây cũng là những năm gay cấn vào bậc nhất trong công tác ngoại giao vì Cách mạng Văn hóa ở Trung quốc lên tới đỉnh điểm. Ông giữ cương vị này đến hết năm 1968 khi ông Ngô Thuyền thay thế.[10] Ngày 13-11-1969, Quốc hội bổ nhiệm Ngô Thuyền làm Đại sứ tại Trung Quốc thay Ngô Minh Loan về nước nhận công tác khác.[11]