Aivan Napoleonin sotien loppuvaiheessa Carnot tarjoutui keisarillisen armeijan käyttöön, joten Napoleon nimitti hänet tammikuussa 1814 Antwerpenin kuvernööriksi ja ylensi hänet samalla divisioonakenraaliksi. Hän johti kaupungin puolustusta vihollisarmeijoilta ja oli siellä keisarikunnan kukistuessa saman vuoden toukokuussa. Carnot vaikutti aluksi kannattavan Bourbon-restauraatiota, mutta julkaisi heinäkuussa 1814 teoksen "Mémoire au roi en juillet 1814", jossa hän arvosteli vastavallankumouksellisten puhdistusten voimakkuutta. Satapäiväisen keisarikunnan aikana Carnot toimi Napoleonin uuden hallituksen sisäministerinä maaliskuusta kesäkuuhun 1815. Hänelle myönnettiin maaliskuussa 1815 kreivin ja kesäkuussa päärin arvo. Carnot kannusti Napoleonia jatkamaan vastarintaa vielä tappiollisen Waterloon taistelun jälkeenkin. Napoleonin luovuttua kruunusta Carnot valittiin jäseneksi Ranskaa kaksi viikkoa hallinneeseen väliaikaishallitukseen ("Commission de gouvernement"). Kuningas Ludvig XVIII:n palattua uudelleen valtaistuimelle Carnot karkotettiin maasta ”kuninkaanmurhaajana”, sillä hän oli yksi Ludvig XVI:n kuolemantuomion puolesta äänestäneistä.