دهم اسفند 1331، سرتیپ تقی ریاحی به جای سرلشکر بهارمست به ریاست ستاد ارتش و سرتیپ مدبر به فرمانداری نظامی تهران و حومه منصوب و تعداد زیادی از فرماندهان ارتش نیز بازنشسته شدند. محمد مصدق، پس از واقعه 9 اسفند 1331 و طرح ترور او، سرلشکر محمود بهارمست را از ریاست ستاد ارتش معزول و سرتیپ ریاحی را به جای او منصوب کرد. ریاحی تا 28 مرداد 1332 رییس ستاد ارتش بود. ارتشبد فردوست در خاطرات خود می‌نویسد: «ریاحی در دوران مصدق محمد‌رضا را فرماندة کل قوا می‌دانست و قلباً از رویة مصدق نسبت به فرم ادارة ارتش راضی نبود. او علاقه داشت شاه ارتش را اداره کند. مصدق در تمام مدتی که ریاحی رییس ستاد بود علناً خود را مدیون او می‌دانست. موثقاً به اطلاع من رساندند که اگر زیر فرمانی امضای محمد‌رضا نباشد، ریاحی آن را اجرا نخواهد کرد. محمد‌رضا به او کوچک‌ترین مرحمتی نکرده بود که خود را مدیون او بداند، بلکه این را طبق اصول می‌گفت.» در شب 24 مرداد 32 که شایعه کودتای نظامی فراگیر شده بود، مصدق متوجه شد که سرتیپ ریاحی در انجام وظیفه کوتاهی می‌کند. از این رو او را احضار کرد و با پرخاش از او نوشته‌ای گرفت که از دولت قانونی دفاع و حمایت خواهد کرد. همان شب افراد گارد سلطنتی به خانة ریاحی ریختند ولی موفق به دستگیری او نشدند. پس از آنکه کودتا نافرجام ماند و شاه به خارج از کشور گریخت، ریاحی از کودتا پرده برداشت و فرار شاه را استعفا تلقی کرد. سپس دستور داد نام شاه از مراسم دعای صبحگاهی و شامگاهی پادگان‌ها حذف شود. اما در روز 28 مرداد چنانکه باید و شاید از حکومت مصدق دفاع نکرد و اگر نوشته سرهنگ «سررشته» افسر تجسس رکن دوم ستاد را باور کنیم ریاحی در ساعت 11 صبح آن روز دستور داد تانک‌هایی که راه‌های ورودی به خانة مصدق را مسدود کرده بودند برچینند و به پادگان‌ها برگردانند. سرتیپ ریاحی در غروب 28 مرداد بازداشت شد و از جانب دادرسی ارتش تحت تعقیب قرار گرفت. اتهامات سرتیپ ریاحی به این شرح بود: بازداشت سرهنگ نعمت‌الله نصیری که حامل فرمان عزل دکتر محمد مصدق بوده و افسران دیگر، بدون مجوز قانونی، اجرای خلع سلاح گارد شاهنشاهی، دستور حذف نام شاهنشاه از دعای صبحگاه و شامگاه سربازان، دستور عدم جلوگیری از تظاهرات حزب منحله توده و اخلالگران علیه شاهنشاه و پایین‌آوردن مجسمه‌های شاهنشاه فقید و اعلیحضرت همایون شاهنشاهی. سرتیپ ریاحی همراه با دکتر مصدق در برابر محکمة نظامی قرار گرفت و دادستان برای او تقاضای حکم اعدام کرد. در جلسات دادگاه ریاحی می‌کوشید خودش را از اقدامات مصدق مبرّا سازد ولی دکتر مصدق همة اقدامات ریاحی را پذیرفت و گفت کلیه اقدامات مزبور به دستور وی انجام گرفته و ریاحی تنها مجری بوده است. ریاحی در مورد سه روز 25 تا 28 مرداد در دادگاه گفت: «در این سه روز اتومات شده بودم.» دادگاه بدوی ریاحی را به دو سال زندان و دادگاه تجدیدنظر که در اردیبهشت 1333 تشکیل شد او را به سه سال زندان محکوم کرد.
