宝元二年（1039年）复知永兴军。庆历四年（1044年）九拜同平章事、集贤殿大学士，兼枢密使，爲相仅百日而罢，出知兖州。杜衍拜相时，常收到皇帝替他人求职的“内降”，一概不予放行，“积诏旨至十数，辄纳帝前”，宋仁宗只好收回成命。宝元二年(1039)，迁刑部侍郎，知永兴军。为官清廉，不置私产，退休后，寄居应天府回车院，“居南京十年，第室卑陋”，有访客至，不过“粟饭一盂，杂以饼饵，他品不过两种。”工书法，苏轼说他：“正献公晚乃学草书，遂乃一代之绝，清闲妙丽，得晋人风气。”嘉祐二年（1057年）二月五日死于应