迁光禄寺少卿。嘉庆十六年（1811年）大学士戴衢亨病逝，帝以卢荫溥「诸习枢务，数奉有劳」，加四品卿衔，命在在军机大臣上行走。不久迁通政司制使、光禄寺卿、通政使、内阁学士兼礼部侍郎、文渊阁直阁事、兵部、户部侍郎。嘉庆十八年（1813年），天理教首领林清派二百余人潜入紫禁城与清军激战，是为天理教之变。当时嘉庆帝在热河狩猎，卢荫溥「夜半闻报」，即「面进机宜」，回京后，在军机处「夙夜勤劳」、「赞襄机务」，调遣各地清军镇河南，镇压李文成动乱。嘉庆二十三年（1818年），擢礼部尚书兼国史馆总裁，旋调兵部尚书