ภายหลังเดินทางกลับสยามเมื่อพ.ศ. 2464 วันปฏิบัติงานในสายงานอาจารย์โรงเรียนนายร้อยทหารบกและกรมยุทธศึกษาจนถึงพ.ศ. 2469 และได้เป็นผู้บัญชาการโรงเรียนเสนาธิการทหารบกในปีพ.ศ. 2474 ในปีนั้นเอง พันโทพระประศาสน์พิทยายุทธถูกพันเอก พระยาทรงสุรเดช (เทพ พันธุมเสน) ชักชวนให้ร่วมก่อการปฏิวัติ พระประศาสน์พิทยายุทธเคารพนับถือในตัวพระยาทรงสุรเดชเป็นทุนเดิมอยู่แล้ว จึงตกปากเข้าร่วมในทันที[4]

ในเช้าวันเปลี่ยนแปลงการปกครอง พระประศาสน์พิทยายุทธ มีตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการแผนก โรงเรียนเสนาธิการทหารบก มียศเป็น พันโท (พ.ท.) ได้เขียนจดหมายสั่งเสียแก่ภรรยา ก่อนออกจากบ้านของตัวเองมา โดยได้ขับรถไปรับพระยาพหลพลพยุหเสนา ถึงบ้านพัก ไปยังตำบลนัดหมาย คือ บริเวณทางรถไฟสายเหนือตัดกับถนนประดิพัทธ ห่างจากบ้านพักของพระยาทรงสุรเดชราว 200 เมตร [5]พร้อมด้วยคีมตัดเหล็กที่พระประศาสน์พิทยายุทธเป็นผู้ซื้อมาเพื่อเตรียมการตัดโซ่ที่คล้องประตูคลังแสงอาวุธ ภายในกรมทหารม้าที่ 1 รักษาพระองค์ (ม.1 รอ.) ที่สี่แยกเกียกกาย พร้อมด้วยพระยาทรงสุรเดช และพระยาพหลพลหยุหเสนา เพื่อหลอกเอากำลังพลทหารและยุทโธปกรณ์เข้าร่วมในการเปลี่ยนแปลงการปกครองที่ลานพระราชวังดุสิต โดยขบวนที่เดินทางไปลานพระราชวังดุสิตนั้น พระประศาสน์พิทยายุทธเป็นผู้ปิดท้าย จากนั้นได้เป็นผู้เข้าทำการควบคุมตัว สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต จากวังบางขุนพรหมและนายทหารคนสนิท พร้อมด้วยครอบครัว เข้ายังพระที่นั่งอนันตสมาคม[6] ซึ่งแผนการในการปฏิวัตินั้น นอกจากพระยาทรงสุรเดชจะเป็นผู้เดียวที่รับรู้แล้ว เนื่องจากเป็นผู้วางแผนทั้งหมด ก็มีเพียงพระประศาสน์พิทยายุทธ เท่านั้นที่พอทราบ เนื่องจากได้ร่วมวางแผนด้วยในบางส่วน[7] ซึ่งก่อนหน้านี้ พระประศาสน์พิทยายุทธ ก็ได้เดินทางมายังที่กรมทหารม้าที่ 1 รักษาพระองค์ เพื่อดูสถานที่เพื่อเตรียมการไว้ก่อนแล้ว[8] [9]