（962年），宋太祖下诏归京师，老幼遮道涕泣，累日不得去。拜宣徽南院使兼枢密副使，赐甲第一区。建隆四年（963年），出澧州（今湖南澧县），与慕容延钊共平朗州（今湖南常德），在湖南时将俘虏熟煮，大啖人肉，朗陵守军，无不战慄。宋军杀张从富，不久在寺庙里俘获周保权及周氏家眷。李处耘与慕容延钊不和，造成延钊病死军旅，又烹食战俘一事为宋太祖所责难，黜为淄州（今山东淄博南）刺史。史称“处耘惧，不敢自明。”，三年后抑郁而终。吕余庆曾替李处耘事辩解。干德四年（966年）卒，赠为宣德军节度使、检校太傅。