Yn 1922, pan wnaethpwyd R.E. Mortimer Wheeler, ceidwad adran archaeoleg Amgueddfa Genedlaethol Cymru, Caerdydd, yn gyfarwyddwr yr amgueddfa honno, daeth ei hen swydd fel ceidwad yr adran archaeoleg yn wag. Er bod cryn bwyso am gael archaeolegydd ‘o gefndir Cymreig’ i lenwi'r swydd, argymhellodd Wheeler ddewis Fox ac ef a ddewiswyd. Yn 1926, pan ymadawodd Wheeler i gymryd swydd yn Llundain, dewiswyd Fox yn olynydd iddo eto fel cyfarwyddwr Amgueddfa Genedlaethol Cymru.

Yn ystod ei dymor fel cyfarwyddwr, parhaodd Fox i weithio yn y maes archaeolegol a chyhoeddodd yr Amgueddfa nifer o'i weithiau, yn eu plith The personality of Britain (1932), A find of the early Iron Age, Anglesey (1946) a (gyda'r Arglwydd Raglan) Monmouthshire houses (1951-54). Gwnaeth arolwg hefyd o Glawdd Offa, a gyhoeddwyd mewn rhifynnau o Arch. Camb. Wedi ei ymddeoliad, cyhoeddodd yr Amgueddfa ei Pattern and purpose: a study of early Celtic art in Britain (1958). Derbyniodd lu o anrhydeddau; yn eu plith, ei urddo'n farchog (1935), F.B.A. (1940), gwobr G.T. Clark (1946), llywydd (1944-49) Cymdeithas Hynafiaethwyr Llundain a'i medalydd aur (1952), D. Litt. er anrh. Prifysgol Cymru (1947), llywydd y Gymdeithas Amgueddfeydd (1933-34), llywydd Cymdeithas Hynafiaethau Cymru (1933), cymrawd anrhydeddus Coleg Magdalen, Caer-grawnt (1953).

Bu'n br. ddwywaith: â (1) Olive Congreve-Pridgeon (bu f. 1932), cawsant ddwy ferch; (2) Aileen Mary Scott-Henderson, cawsant dri mab. Ar ôl ymddeol, trigai yng Nghaer-wysg, lle y bu f. 16 Ion. 1967.