柳公绰服丧期满，被起用为刑部侍郎，又兼领盐铁转运等使，后又调兵部侍郎兼御史大夫，仍领盐铁转运使。柳公绰罢领盐铁转运使，第二次出任京兆尹，兼领御史大夫。
当时，朝廷与幽州朱克融、镇州王承宗叛军交战，任免前线诸将的诏令朝令夕改，使者骑着驿马在路上往返不断。柳公绰上奏说：“自朝廷对幽、镇用兵以来，朝廷所派使者繁多，馆驿邮传乏人，驿马数量也不足。而对奉敕使者的随身行李、人数，朝廷却没有规定。穿着绯紫骑马的使者，骑的驿马达到三、四十匹，穿黄色、绿色服装的使者，骑的驿马也不下十匹、五匹，驿官不能查验券牒，使者随口向馆驿索要供给。驿马用完了，就抢路人的马匹，士人、百姓怨恨他们惊扰，路上行人差不多断绝了，请求陛下规定使者数额，以制止弊端。”唐穆宗得疏后，命令中书省制定法规，因此驿官得以免罪，北司宦官憎恨他直言进谏，柳公绰被改任吏部侍郎。
柳公绰被任命为礼部尚书，为避祖父柳正礼名讳，请求改换它职，被授为尚书左丞。不久后，出任检校户部尚书、襄州刺史、山南东道节度使。
唐敬宗李湛即位，柳公绰被加授为检校左仆射，不久后，宰相牛僧孺罢相，出任武昌军节度使。柳公绰准备军中的仪仗和礼节，在邮舍等候他，幕僚、部将都认为山南东道位高于武昌军，柳公绰对牛僧孺的礼节太重。柳公绰回答说：“奇章公（牛僧孺）刚刚离开相位。方镇尊重宰相，就是尊重朝廷呀！”最终仍以军容相见。
曾有一个道士进献丹药，柳公绰问是从哪里得到的，道士回答：“在蓟门。”柳公绰立即说：“可惜呀！药是从叛贼境内得到的，即使灵验有什么用处？”就倒掉丹药，赶走了道士，邓县人郑怀政“病狂”，妄称自己是天子，柳公绰命人将其捕杀。
唐文宗李昂即位，柳公绰回朝任刑部尚书，出任邠州刺史、邠宁庆节度使，带检校左仆射衔。之前，神策军驻扎在各镇的部队，不听驻地节度使的指挥，所以敌军能乘隙袭扰边塞。柳公绰向朝廷论述利害关系，要求采用适当措施，因此朝廷命令神策行营军在边境危急时，全部接受邠宁节度使的指挥。
柳公绰被授为检校左仆射兼刑部尚书，这也是他第二次担任刑部尚书，出任检校左仆射、太原尹、北都留守、河东节度观察等使。适逢荒年到来，他节约开支，停止宴会，平日吃穿与士兵相同回鹘派梅禄将军李畅赶一万匹马进行互市，所经过的地方都以礼相待，同时派兵防卫，以防止回鹘抢掠百姓。按河东镇旧例，应该是派士兵去迎接回鹘使者。待到李畅抵达边境后，柳公绰只派牙将祖考恭一人一骑去慰劳，用极友好的态度接待他。李畅感激柳公绰的恩德，流下眼泪，驱赶马群时在路上缓慢行进，不随意奔驰逐猎。李畅到达太原后，柳公绰更特设牙门，命令翻译官引导他参见，宴席如常，待李畅北还时，亦不敢侵扰百姓。
陉北的沙陀部族，以勇武、喜好争斗着称，九姓、六州等部族都怕它，柳公绰到任后，召来沙陀酋长朱邪执宜，命他直抵云、朔地区塞下，修理废弃的塞栅十一处，募兵三千，留驻在塞栅，以抵御北敌。朱邪执宜的妻子、母亲到太原，柳公绰让妻子梁国夫人慰问和招待他们，并赠送礼品，沙陀部族感念他的恩德，所以全力保护边塞。
柳公绰患病，请求朝廷派人代替他，朝廷授以兵部尚书，征其回朝，回到长安后，又允许他不上朝班行参见礼，柳公绰去世，享年六十八岁，朝廷追赠太子太保，谥号为元。
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