8年，应怀王图帖睦尔之召，还京师大都。奉怀王为元文宗，次年，将镇南王之位还给孛罗不花，改封宣让王，镇庐州。1339年，太师伯颜将他贬官。脱脱任丞相后，放回了他。1352年，派兵镇压庐州的红巾军，受到了元顺帝的赏赐。1356年，他和威顺王宽彻不花领兵镇守怀庆路，1357年，屯军拒战汝州、颍州的红巾军。庐州失守后，还大都。1367年，封淮王，1368年，元顺帝北逃，帖木儿不花留大都为监国。明朝大将军徐达破大都，帖木儿不花被杀。