被宋太宗重新提拔为首相，沈伦再任次相。宋太宗和赵普诬称秦王赵廷美勾结次相卢多逊谋反前夕，沈伦不愿卷入政治斗争，上表求致仕。太平兴国七年（982年）四月，宋太宗以沈伦不能觉察卢多逊之罪，将他罢相。沈伦再上表请致仕，七月，以左仆射致任。雍熙四年（987年）十月廿三壬子日，沈伦去世，享年79岁，谥号恭惠。