Først i 1674 ble hennes bønn bevilget, slik at hun fikk trekke seg tilbake til karmelittklosteret i Faubourg St. Jacques i Paris. Da Madame de Maintenon spurte henne om hun virkelig hadde tenkt igjennom sin beslutning svarte hun at hun ikke skulle bli dårligrere behandlet i klosteret enn hva hun var blitt ved hoffet. Innen hun forlot hoffet kastet hun seg for dronningens føtter og bønnfalt henne om tilgivelse, og dronningen overrakte henne så selv nonnesløret. Under navnet tilbrakte hun sine fjenstående dager under strenge botsøvelser. Dronningen besøkte ofte klosteret for å utøve og utdype sin egen tro, og da Madame de Montespans relasjon med kongen ble avsluttet oppsøkte også hun Louise og bad henne om råd for hvordan finne lindring i troen. Hennes barn ble tatt hånd om av andre, og ved sin sønns død 1683 kommenterte hun at man burde ha sørget mer over hvordan han ble til enn over at han døde.