Đại tá Thảo còn biết "khai thác" vốn binh pháp Tôn Tử mà Hoàng Đạo Thúy từng dạy để viết báo. Thời gian này, ông cộng tác với tạp chí Bách khoa. Chỉ trong hơn một năm, ông đã viết 20 bài báo nói về các vấn đề chiến lược, chiến thuật, nghệ thuật chỉ huy, huấn luyện quân sự, phân tích binh pháp Tôn Tử, Trần Hưng Đạo.... Những bài báo đó đã được giới quân sự chú ý và anh em Ngô Đình Diệm đề cao "tầm" của ông. Năm 1957, ông được điều về làm việc tại Phòng Nghiên cứu chính trị của Phủ tổng thống với hàm thiếu tá. Từ đó, ông lần lượt giữ các chức vụ Tỉnh đoàn trưởng Bảo an tỉnh Vĩnh Long, rồi Tỉnh đoàn trưởng Bảo an tỉnh Bình Dương.

Năm 1960, sau khi học một khóa chỉ huy và tham mưu ở Trường Võ bị Quốc gia Đà Lạt, Phạm Ngọc Thảo được cử làm Thanh tra Khu Trù Mật[4]

Biết Phạm Ngọc Thảo từng là chỉ huy quân sự Việt Minh, đầu năm 1961 Ngô Đình Diệm đã quyết định thăng ông lên trung tá và cử làm tỉnh trưởng tỉnh Kiến Hòa (tức Bến Tre) để trắc nghiệm Chương trình Bình định. Trước khi nhận nhiệm vụ mới, ông đề nghị trực tiếp với Ngô Đình Diệm 3 yêu cầu:

- Một là ổn định tình hình Bến Tre không phải bằng bạo lực mà là chính trị, vì ông không thể hành động như những quân nhân võ biền khác.

- Hai, nếu bắt được Việt Cộng, có đủ bằng chứng, cho lập phiên tòa xét xử.

- Ba, Tỉnh trưởng Bến Tre được đặc cách chỉ báo cáo với Tổng thống, không qua một ban, bộ nào.

Ngô Đình Diệm đã chấp thuận cả ba yêu cầu đó. Về làm Tỉnh trưởng Bến Tre một thời gian, ông đã ký quyết định thả 2.000 tù nhân chính trị đang bị giam giữ, (trong đó có ông Võ Viết Thanh, sau này là Chủ tịch UBND Thành phố Hồ Chí Minh), liên lạc với bà Nguyễn Thị Định, tạo điều kiện cho khởi nghĩa Bến Tre bùng nổ và lập tòa án trừng trị bọn phản bội, đầu hàng. Chính sách không sử dụng bạo lực của Phạm Ngọc Thảo đã "bật đèn xanh" cho phong trào "đồng khởi" sau này.

Nhiều phản ứng của phía chính quyền và quân đội Sài Gòn đều được Phạm Ngọc Thảo bác bỏ với lý do Ngô Đình Diệm thí nghiệm một luận thuyết mới nên phải có thì giờ để kiểm nghiệm.[5] Do có nhiều tố cáo nghi ngờ ông là cán bộ cộng sản nằm vùng, anh em Ngô Đình Diệm - Ngô Đình Nhu đã ngưng chức tỉnh trưởng Kiến Hòa và cho ông sang Hoa Kỳ học một khóa về chỉ huy và tham mưu. Năm 1962, Phạm Ngọc Thảo được bổ nhiệm làm Thanh tra Ấp chiến lược, trực thuộc Phủ Tổng thống.[6]

Làm tỉnh trưởng, bị ám sát nhầm[5]

Ngày Quốc khánh Việt Nam cộng hòa 26 tháng 10 năm 1961, một cuộc mít-tinh lớn biểu dương lực lượng được tổ chức tại Quảng trường An Hội (khu Vườn Hoa ba con chim câu bây giờ). Đặng Quốc Tuấn (sau này là Tỉnh ủy viên, Bí thư Tỉnh đoàn, Giám đốc Đài phát thanh - truyền hình tỉnh Bến Tre), lúc đó 17 tuổi, đang học đệ tam (lớp 10) cùng với đồng đội tên Thiều có nhiệm vụ phá hoại buổi mít-tinh này. Mỗi ông cầm 1 trái lựu đạn MK2, còn lại 3 lựu đạn để ở nhà ông Thiều. Theo bàn bạc, ông Thiều ném lựu đạn trước, ông Tư Tuấn ném tiếp theo, xong chạy về tập kết tại nhà ông Thiều ở thị xã. Tuy nhiên, không có quả lựu đạn nào phát nổ. Hai ông định quay về nhà lấy thêm 3 trái lựu đạn còn lại thì bị bắt.

Một tuần sau khi hai ông bị bắt, ông Thảo có đến gặp ông Tuấn và ông Thiều. Lần đó, một cố vấn Mỹ thẩm vấn, ông Thảo làm phiên dịch. Hỏi: “Tại sao là học sinh mà đi ám sát Tỉnh trưởng ngay tại ngày Quốc khánh? Có phải Cộng sản giao việc không? Ai là người giao việc?”. Trả lời: “Do chính quyền độc ác, đàn áp ức hiếp giết hại dân. Chúng tôi học tập gương của Phạm Hồng Thái, Nguyễn Thái Học đứng lên đấu tranh, không liên quan gì tới Cộng sản, không có ai giao việc cả”. Ông Thảo dịch như thế nào ông Tư Tuấn không biết, ông Thảo chỉ nói với hai ông: “Các em còn nhỏ, phải lo chuyện học hành, chính trị là chuyện của người lớn, sau này lớn lên muốn làm gì thì làm”. Lần thứ hai, ông Thảo đến hỏi thăm trước khi cả hai bị đưa về Chí Hòa. Hai ông bị kết án mỗi người 20 năm tù, sau đó đưa ra Côn Đảo. Ông Thiều được trao trả năm 1973, thoát ly lên chiến khu, sau giải phóng làm cán bộ Ban Tổ chức Thành ủy Thành phố Hồ Chí Minh, qua đời năm 1984 vì bệnh. Còn ông Tư Tuấn đến ngày giải phóng mới về.

Những năm 1988 - 1989, bà Phạm Thị Nhiệm - phu nhân ông Thảo định cư ở Mỹ có về thăm tỉnh Bến Tre và An Giang. Bà đã gặp lại Đặng Quốc Tuấn trong chuyến thăm lại Dinh Tỉnh trưởng. Bà Phạm Thị Nhiệm thăm hỏi ông Tuấn rồi bảo gửi cho bà tấm ảnh khi còn là học sinh Kiến Hòa, để về treo bên cạnh ảnh ông Phạm Ngọc Thảo làm kỷ niệm. Bà kể: “Hồi đó, ông Thảo vẫn thường nhắc chúng mầy. Lúc bị ném lựu đạn ông Thảo chụp trái lựu đạn đang xì khói, lúng túng không biết xử lý làm sao. Nếu liệng ra bên ngoài thì chết dân, liệng bên phải bên trái thì chết dàn thiếu nhi nhà thờ. Đang không biết làm sao thì thấy khói dần dần mỏng ra, ổng biết lựu đạn lép, nên nắm chặt luôn”.