当泾原兵变后，德宗避难于梁州（今陕西汉中），他急诏征李泌至梁州行宫，并授以左散骑常侍之职，令他每天在中书省值班，以便等候召对。
李泌不负皇命，他对内政的处理，外交的策略，军事的部署，财经的筹划等，都做到了稳妥而有成效。如他勤修内政，以充裕军政费用；保全功臣李晟、马燧，以调和将相关系；外结回纥、大食，达成"贞元之盟"，从而遏制吐蕃以安定边陲。
李泌此次再度出山，为唐朝政局的稳定做出了极大的贡献。德宗为此加拜李泌为集贤殿、崇文馆大学士，修国史。李泌则认为，学士加"大"之名始自唐中宗时期，到玄宗时有张说得任此官，于是极力推辞，德宗允准，命其以学士官"知院事"。
贞元五年（789年）三月二日（4月1日），李泌病逝，享年六十八岁。德宗追赠他为太子太傅，所赐赙礼加等。后来到康熙六十一年（1722年），李泌与历代功臣四十人得以从祀历代帝王庙。
