หลังจากมีการประกาศใช้รัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย พ.ศ. 2511 มีการเลือกตั้งทั่วไปและมีรัฐสภา ในปี พ.ศ. 2514 ถนอม กิตติขจรได้ทำรัฐประหารรัฐบาลของตนเอง และได้จัดตั้งสภาบริหารคณะปฏิวัติขึ้น ทั้งหมดนี้เพื่อตอบสนองผลประโยชน์และความทะเยอทะยานของตนเอง จนเป็นที่วิพากษ์วิจารณ์กันอย่างกว้างขวาง หนึ่งในผู้ที่ยืนหยัดวิจารณ์อย่างไม่เกรงกลัวอำนาจเถื่อน ได้แก่ ดร.ป๋วย อึ๊งภากรณ์ ที่เขียนจดหมายในนามนายเข้ม เย็นยิ่ง ถึง ผู้ใหญ่ ทำนุ เกียรติก้อง (หมายถึงจอมพลถนอมนั่นเอง)

จนกระทั่งมีการประกาศใช้ธรรมนูญการปกครองแห่งราชอาณาจักร เมื่อวันที่ 15 ธันวาคม พ.ศ. 2515 และสภานิติบัญญัติแห่งชาติตามธรรรมนูญการปกครองดังกล่าวได้มีมติให้จอมพล ถนอม กิตติขจร เข้าดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรีต่อไป ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องเหนือความคาดหมายต่อความทะเยอทะยานที่ปราศจากความชอบธรรมในหลักการประชาธิปไตย

ถนอมพ้นตำแหน่งนายกรัฐมนตรี เมื่อเกิดเหตุการณ์ 14 ตุลา พ.ศ. 2516 รัฐบาลได้ใช้อาวุธสงครามเข้าปราบปรามนักศึกษาประชาชนที่ชุมนุมเรียกร้องรัฐธรรมนูญ จนทำให้มีผู้เสียชีวิตเป็นจำนวนมาก จากเหตุการณ์นี้ ทำให้พลังทางการเมืองหลายฝ่ายกดดันให้จอมพลถนอมลาออกจากตำแหน่งนายกรัฐมนตรี รวมระยะเวลาที่ดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรีโดยการยึดอำนาจและรัฐประหารทั้งสิ้น 10 ปี 6 เดือนเศษ หลังจากนั้น ได้มีการตั้งคณะกรรมการตรวจสอบทรัพย์สินของจอมพลถนอม จนนำไปสู่การยึดทรัพย์สินที่ได้มาโดยไม่สุจริตต้องเป็นจำนวนมาก

วันที่ 19 กันยายน พ.ศ. 2519 ท่ามกลางกระแสรัฐประหารของฝ่ายทหารทวีความรุนแรงอย่างกว้างขวาง จอมพลถนอมในวัย 65 ปี ได้กลับประเทศไทยอีกครั้งโดยบวชเป็นสามเณร ทำให้นักศึกษาประชาชนได้ออกมาประท้วงขับไล่อดีตนายกรัฐมนตรีมือเปื้อนเลือดรายนี้ เป็นเหตุให้กลุ่มการเมืองอีกฝ่ายที่นำโดย พลเรือเอก สงัด ชลออยู่ ฉวยโอกาสก่อรัฐประหารและทำการล้อมฆ่านักศึกษาประชาชนในมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เมื่อวันที่ 6 ตุลาคม พ.ศ. 2519 ทำให้มีผู้บาดเจ็บ เสียชีวิต และสูญหายจำนวนมาก นำไปสู่การยกเลิกรัฐธรรมนูญ ยุติการปกครองแบบประชาธิปไตยรัฐสภา และทำให้ประเทศไทยอยู่ภายใต้เผด็จการทหารต่อมาเป็นเวลาปีเศษ จะเห็นได้ว่าข้าราชการทหารมักไม่เคยเลิกความทะเยอทะยานที่น่ารังเกียจ พวกเขาเห็นแก่ผลประโยชน์ของตัวเอง และมีปืนไว้ข่มขู่คนธรรมดาเท่านั้น

ถนอม กิตติขจร เคยดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรีถึง 4 สมัย (รวมในสมัยเป็นหัวหน้าคณะปฏิวัติตัวเองด้วยเป็นสมัยที่ 3) สมัยแรกเป็นนายกในระยะเวลาสั้น ๆ หลังการรัฐประหารของจอมพลสฤษดิ์ในปี พ.ศ. 2501 สมัยที่สองถึงสี่หลังจากจอมพลสฤษดิ์ถึงแก่อสัญกรรม ตำแหน่งนายกรัฐมนตรีของจอมพลถนอมจึงถูกมองว่าเป็นสัญลักษณ์ของเผด็จการทหาร ถึงแม้ว่า ได้รับพระราชทานปฐมจุลจอมเกล้า และเครื่องราชอิสริยาภรณ์ อันมีศักดิ์รามาธิบดีชั้นที่ 1 เสนางคบดี ซึ่งเปรียบเสมือนสายสะพายแห่งความกล้าหาญ พร้อมกันนี้ยังได้เครื่องราชอิสริยาภรณ์อีกกว่า 30 รายการ ซึ่งถือว่าเป็นการจบชีวิตของนายทหารยศจอมพลคนสุดท้ายของกองทัพไทย

ผลงานสมัยเป็นรัฐบาล

ในช่วงที่จอมพลถนอม กิตติขจร บริหารประเทศ ได้มีผลงานที่สำคัญดังนี้

1. ด้านการทหาร ตลอดระยะเวลา 15 ปี นับแต่จอมพลถนอม กิตติขจร ได้ดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงกลาโหม ในปี พ.ศ. 2500 และเลื่อนขั้นเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหม จนถึงดำรงตำแหน่งสูงสุดคือ นายกรัฐมนตรี ได้เสริมสร้างกองทัพทั้งสามเหล่าทัพอย่างทัดเทียม ได้มีการวางนโยบายปรับปรุงแก้ไขพัฒนากิจการงานสาขาต่าง ๆ ของกระทรวงกลาโหม สำนักงานเลขานุการสำนักงานปลัดกระทรวงกลาโหม ตลอดจนรัฐวิสาหกิจที่ขึ้นตรงต่อกระทรวงกลาโหม ให้มีความเจริญก้าวหน้า มีการสนับสนุนกองทัพทั้ง 3 เหล่าทัพด้วยการจัดซื้ออาวุธยุทโธปกรณ์เสริมเหล่าทัพให้มีประสิทธิภาพทัดเทียมกับประเทศตะวันตก รวมถึงงานด้านยุทธบริการ เช่น ริเริ่มปรับปรุงงานส่งกำลังบำรุง ได้แก่ จัดทำแคตตาล็อกสำหรับสิ่งอุปกรณ์ ยุทธภัณฑ์ เพื่อให้ทุกเหล่าทัพสามารถใช้ร่วมกันได้ กำหนดแบบอาการมาตรฐานของกระทรวงกลาโหมเพื่อให้เป็นแบบเดียวกันซึ่งจะอำนวยให้ลดงบประมาณค่าก่อสร้างและค่าซ่อมบำรุง นอกจากนี้ ยังได้พัฒนางานในด้านการศึกษาให้เจริญเติบโต ทั้งในด้านคุณภาพและปริมาณ เพื่อให้ผู้สำเร็จการศึกษาออกไปทำหน้าที่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ทั้งวิทยาลัยป้องกันราชอาณาจักร โรงเรียน เสนาธิการทหาร โรงเรียนเตรียมทหาร โรงเรียนช่างฝีมือทหาร เป็นต้น

2. ด้านการเศรษฐกิจและสังคม จอมพลถนอม กิตติขจร ได้ยึดหลักการพัฒนาตามแผนพัฒนาการเศรษฐกิจแห่งชาติ ฉบับที่ 1 ในสมัยจอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ ดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรี และเมื่อจอมพลถนอม กิตติขจร ได้ดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรีก็ได้ทำการพัฒนาประเทศ ดำเนินการตามโครงการสนับสนุนการพัฒนาส่วนภูมิภาคและท้องถิ่นต่าง ๆ