À partir de juin 1950, il occupe les fonctions de résident général de France en Tunisie. Sa volonté est de procéder à des modifications institutionnelles qui ouvriront la voie à l'autonomie interne. Il est à l'origine de la nomination de Salah Ben Youssef, secrétaire général du Néo-Destour, comme ministre de la Justice dans le second gouvernement Chenik, à l'été 1950. Malgré ces initiatives libérales, Louis Périllier n'envisage pour la Tunisie qu'un cheminement très progressif vers l'indépendance. Sa politique mécontente donc à la fois les colons français et les partisans de l'indépendance. Il est remplacé par le diplomate Jean de Hauteclocque en janvier 1952 et nommé préfet hors cadre.
En 1962, Louis Périllier rejoint le secteur privé comme délégué général du Syndical de l'industrie du sucre, et devient conseiller technique de la Chambre syndicale des raffineries du sucre en 1965. Il adhère à la Convention des institutions républicaines que fonde Mitterrand en juin 1964 et choisit de s'implanter dans l'Yonne. Louis Périllier y est élu maire de Ronchères en . L'ancien préfet reçoit l'investiture de la Fédération de la gauche démocrate et socialiste pour la 1re circonscription de l'Yonne, à l'occasion des élections législatives de 1967. Il l'emporte sur Jean-Pierre Soisson grâce au retrait du candidat communiste pourtant arrivé devant lui au premier tour. Perillier est également élu conseiller général de Bléneau à l'automne 1967. Lors des élections législatives de 1968, il est battu par Soisson.