Ngày 1 tháng 11 năm 1963, cuộc Đảo chính quân sự nổ ra khiến chế độ Ngô Đình Diệm sụp đổ. Ông được quân đảo chính giải thoát khỏi nhà lao và được phục hồi quân ngũ với cấp bậc cũ. Đầu tháng 12 cuối năm, ông được thăng cấp Đại úy tại nhiệm. Sau đó, ông tiếp tục được đi du học về chuyên môn khóa Air Ground Operation School tại Okinawa, Nhật Bản cũng trong thời gian 6 tháng.

Đầu tháng 2 năm 1964, sau cuộc Chỉnh lý ngày 30/1/1964 của tướng Nguyễn Khánh, ông được thăng cấp Thiếu tá, giữ chức vụ Chỉ huy phó Phi đoàn 514 trực thuộc Không đoàn 23. Cuối năm ông được lên giữ chức vụ Phi đoàn trưởng Phi đoàn 514. Đầu năm 1965, ông được thăng cấp Trung tá và được bổ nhiệm làm Tư lệnh Không đoàn 23 Chiến thuật kiêm Chỉ huy trưởng Căn cứ Không quân Biên Hòa.