曹丕继任魏王，赐爵关内侯，征召为尚书。曹丕称帝后再进封杜畿为丰乐亭侯，食邑一百户，守司隶校尉。黄初三年（222年），曹丕南征东吴，任命杜畿为尚书仆射，总管留守事务。七月，冀州出现蝗灾，杜畿奉命开仓救济。后来曹丕到许昌时，杜畿都总管留守事务。后来同尚书郎诸葛诞被任命为皇帝制作楼船，两人在陶河试航时遇上大风沉没，诸葛诞倖存、反而杜畿淹死，享年六十二岁，曹丕因杜畿而哭泣。死后获追赠太仆，谥戴侯。