Po zakończeniu wojny kierował Wojskowym Instytutem Kartograficznym. Zaangażował się także w tworzenie Związku Wojskowego, w latach 1920–1928 stojąc na czele organizacji. W 1923 wziął aktywny udział w zamachu stanu i obaleniu rządu Aleksandra Stambolijskiego. Po zamachu otrzymał awans na stopień generalski i objął stanowisko ministra wojny. Odpowiadał za politykę represyjną po stłumieniu powstania wrześniowego i po zamachu w Cerkwi Świętej Niedzieli. W czasie zamachu został ranny w głowę.
W październiku 1925, kiedy oddziały armii greckiej wkroczyły na terytorium Bułgarii w rejonie Petricza, Wyłkow był przeciwnikiem podejmowania działań wojskowych, upierając się przy rozwiązaniach dyplomatycznych. W latach 1925–1927 doprowadził do rozbudowania kompleksu fabryk w rejonie Kazanłyku, pracujących na potrzeby wojska. Dzięki poparciu cara Borysa III udało mu się przetrwać na stanowisku ministra wojny do roku 1929. Od 1927 rozpoczął proces reorganizacji armii bułgarskiej, zmierzający do zniesienia ograniczeń narzuconych na Bułgarię po klęsce w I wojnie światowej.