1920년에는 다시 영국의 주재무관으로 파견되었고, 이때 영국의 항공전문가 윌리엄 센빌 대령과 알게되어 귀국시 그를 초빙하여 가스미가우라 해군기지에서 일본 해군 항공대를 육성하게 하였다. 이곳에서 양성된 항공장교들이 태평양 전쟁에서 큰 활약을 하게 된다. 그리고 영국에 주재 당시 소장으로 진급하여 제독에 올랐다.

이후 제3함대 사령관을 거쳐 요직이었던 해군성 군무국장을 역임하였다. 그는 국제적 군축조약의 준수를 주장하여 후에 영미협조파의 주요인물로 간주되었다. 1926년 중장으로 승진하였다.

1927년 제네바 군축조약에서 사이토 마코토의 전권대사를 수행하였다. 이 협상은 국제적 합의에 이르지 못했다. 고바야시는 조약을 준수해야한다는 협상파에 속해서, 협상을 반대하던 하라 간지로 등의 함대파와 대립하였다.

회담이 결렬된 후 귀국하여 연습 함대의 사령관으로서 소위후보생들의 원양항해를 지도하였다. 그러나 다시 조약파와 함대파 사이의 대립은 거세졌다.

한편 런던 군축조약에서는 보조함에서도 보유제한선이 설정되었다. 그리하여 워싱턴 군축조약의 만료와 함께 건조하려던 새로운 전함의 계획이 취소되었다. 이때문에 함선의 건조와 운영을 책임지는 함정본부장을 맡고 있었던 그는 함대파의 비난의 표적이 되었다.

이후 해군 차관이 되었으나, 당시 함대파의 입김이 강해져서 어려움을 겪었다. 그가 물러난 후 조약파는 힘을 잃게 되었다. 그리하여 1934년 일본은 워싱턴 군축조약의 파기를 선언하였고 1936년에는 런던 군축조약에서도 탈퇴하였다.

1931년 12월 1일에 해상 지휘 경험이 거의 없음에도 불구하고 연합 함대 사령장관에 임명되었다. 재임 중 대장으로 승진하였고, 1년반의 임기가 끝나자 군사참의권에 임명되어 해상 근무를 떠났다.
고바야시가 협상을 두고 함대파와 대립했던 연도는?
1927년 1927