朝后任左仆射。甘露二年（257年），司马昭讨伐诸葛诞，由陈泰总署行台。景元元年（260年）陈泰去世，获追赠司空，谥穆侯。据《晋书》载，其葬仪为「赐秘器，朝服一具，衣一袭，钱三十万，布百匹。及葬，给节、幢、麾、曲盖、追锋车、鼓吹、介士、大车」，西晋重臣石苞和陈骞的葬仪亦同。
逸闻.高平陵之变过后司马氏一族正式取代曹氏一族掌握朝政大权，陈泰虽受司马氏的信任与重用，但他的立场仍是对曹氏皇族忠心耿耿。据干宝的《晋纪》，甘露五年（260年），曹髦被杀后，司马昭与朝臣商议如何善后，朝中重臣