三年（876年）三月，李茂勋因病请求告老致仕，上表请求以节度副使、幽州左司马李可举知留后。僖宗同意了，诏时为检校工部尚书的李茂勋以左仆射致仕，加李可举右散骑常侍，任为留后，五月又任为全权节度使。这是史书关于李茂勋最后的记载，他的薨年也不详，但当李可举于光启元年（885年）被部下李全忠的兵变所迫而举家自杀时，他肯定已去世多时了。