På 1960-tallet var Lemnitzer leder for NATOs militærkomité, som er det sentrale militære koordineringsorganet i NATO. Lemnitzer gjennomførte tilbaketrekkingen av alle NATOs styrker fra Frankrike i 1966. Lemnitzer pensjonerte seg fra den amerikanske hæren i juli 1969. Lemnitzer avgikk med døden den 12. november 1988, da han var 89 år gammel, og han ble begravet ved Arlington National Cemetery. Hans kone, Katherine Tryon Lemnitzer (1901–1994), ble senere begravet ved siden av ham. Lemnitzer ble portrettert av skuespiller John Seitz i regissør Oliver Stones film fra 1991.