日后，孙权要送孙登回武昌，但孙登希望留在父亲身边，于是孙权打消念头，让孙登留他在身边。嘉禾三年（234年），孙权攻打魏国佔领的合肥新城，命令孙登留守，管理后方的事务。当时农作物收成不好，盗贼增多，孙登于是制订令法，用以对付盗贼，得到不错的成果。吴大帝赤乌四年（241年），孙登逝世，年仅三十三岁。临终前，孙登上书给孙权，建议几项让国家安定和富强的方法，又推荐多位优秀的臣子，望孙权多加任用以让国家进步。孙权于得悉孙登死后再看到这篇文章，更加悲伤，谈到他都不禁伤心流涕。谥孙登曰宣太子。孙登之死为二宫之争埋下伏