李豫命颜真卿以检校刑部尚书的职务任朔方行营宣慰使，劝说仆固怀恩入朝，颜真卿回答说：“陛下在陕州时，臣去用忠义的道理质问他，让他前来奔赴国难，他还有可来的道理。如今陛下已经回宫，他进不是勤王赴难，退则无法向大家解释，这时去召见他，他怎么肯前来呢！再说，告仆固怀恩谋反的人，仅有辛云京、骆奉仙、李抱玉、鱼朝恩四人而已，其余大臣都说他冤枉。陛下不如用郭子仪取代仆固怀恩，这样可以不战而使其臣服。”李豫同意，颜真卿因而留在京城主持尚书省事务，改封鲁郡公。
元载结党营私，怕群臣奏报李豫，因而让他下诏，让群臣进言时，都经自己审查才能上奏，颜真卿上奏劝阻，于是宦官在朝廷内外传播此事。怀素返回故乡，绕道东都洛阳南下，拜会颜真卿，颜真卿是位爱才之人，他把“十二笔意”即“平谓横、直谓纵、均谓间、密谓际”等传授给了怀素。颜真卿并为怀素作《怀素上人草书歌序》，极称怀素草书的精绝，从怀素晚年写的《小草千字文》纸本真迹中可以看出，怀素后期草书也得力于颜真卿传授的笔法，他们的这次相遇成为中国书法史上的一段千古美谈。
颜真卿掌管太庙的事务，说祭器没有整治，元载认为他诽谤朝廷，将其贬为峡州别驾，后改任吉州司马。颜真卿改任抚州刺史，后任湖州刺史。在抚州任职的五年中，颜真卿关心民众疾苦，注重农业生产，热心公益事业，针对抚河正道淤塞，支港横溢，淹没农田的现状，他带领民众在抚河中心小岛扁担洲南建起一条石砌长坝，从而解除了水患，并在旱季引水灌田。抚州百姓为了纪念颜真卿，将石坝命名为千金陂，并建立祠庙，四时致祭。
元载被杀，经宰相杨绾、常衮举荐，颜真卿获召入朝，担任刑部尚书，随后升任吏部尚书。李豫驾崩，颜真卿重任礼仪使，他上奏说前几朝皇帝追加谥号的礼节繁复，请按初定的礼节为准，颜真卿的意见遭袁傪排斥，往往无法上报朝廷。时值战乱之后，典章法令废弛，颜真卿虽然博古通今，但他的建议多被权臣阻扰，难以实施。
颜真卿因刚正而得罪宰相杨炎，被改为太子少师，仍兼礼仪使，到奸相卢杞掌权后，更加厌恶颜真卿的刚正，改授他为太子太师，罢免其礼仪使一职。卢杞还多次派人探听哪一个方镇方便些，准备把他排挤出京都，颜真卿去见卢杞，告诉他说：“你先父卢中丞（卢奕）的头颅送到平原郡，脸上满是血，我不忍心用衣服擦，亲自用舌头舔净，您忍心不容忍我吗？”卢杞表面惊惶地下拜，但内心却恨之入骨。
叛乱的淮西节度使李希烈攻陷汝州，卢杞建议派颜真卿前往李希烈军中，传达朝廷旨意，唐德宗李适同意，朝臣为此大惊失色，宰相李勉秘密上奏，“以为失一国老，贻朝廷羞”，坚决要求留下他，河南尹郑叔则也劝他不要去，颜真卿回答说：“圣旨能逃避吗？”
颜真卿到后，李希烈想给他一个下马威，在见面时，李希烈让自己的部将和养子一千多人都聚集在厅堂内外。颜真卿刚开始宣读圣旨，那些人就冲上来，手里拿着明晃晃的尖刀，围住他又是谩骂，又是威胁。颜真卿面不改色，李希烈才用身子护着他，命众将退下，让颜真卿住进驿馆。李希烈逼他写信给朝廷，来洗刷自己的罪行，颜真卿不听，李希烈就借他的名义派他的侄子颜岘，与几个随从到朝廷继续请求，李适没有答复。颜真卿每次给儿子写信，只告诫他们严谨地敬奉祖宗，抚养孤儿，从未有其他的话。
李希烈派李元平劝说他，颜真卿斥责李元平说：“你受国家委任为官，不能报答国家，想我没有兵杀你，还来诱说我吗？”李希烈请来他的同党，设盛会，唤来颜真卿，并指使戏子们借唱戏攻击和侮辱朝廷。颜真卿愤怒地说：“您是皇帝的臣子，怎么能这样做！”起身拂衣离去。李希烈非常惭愧。当时，朱滔、王武俊、田悦、李纳等藩镇的使者都在座，对李希烈说：“很早就听说太师的名望高，品德好，您想当皇帝，太师来了，选人当宰相谁能超过太师？”颜真卿斥责说：“你们听说颜常山没有？那是我的兄长，安禄山反叛时，首先起义兵抵抗，后来即使被俘了，也不住口地骂叛贼。我将近八十岁了，官做到太师，我至死保持我的名节，怎么会屈服于你们的胁迫！”众人面尽失色。
李希烈最终将颜真卿逮捕，用甲士看守着，在庭院中挖了一丈见方的坑，传言说要活埋他，颜真卿约见李希烈说：“死生有命，何必搞那些鬼把戏！”荆南节度使张伯仪兵败时，李希烈命令把张伯仪的旌节以及被俘士兵的左耳送给颜真卿看，他痛哭扑地，气绝后又苏醒，从此不再与人说话。恰逢李希烈同伙中的周曾、康秀林想偷袭杀掉李希烈，尊颜真卿为帅，事情泄露，周曾被杀死，李希烈就把颜真卿押送到蔡州的龙兴寺。
颜真卿估计自己一定会死，于是写了给德宗的遗书、自己的墓志和祭文，指着寝室西墙下说：“这是放我尸体的地方啊！”李希烈称帝时，派使者问登帝位的仪式，颜真卿回答说：“老夫年近八十，曾掌管国家礼仪，只记得诸侯朝见皇帝的礼仪！”元人胡三省评此语“辞不迫切而义甚严正”。
后来，唐军攻势渐强，形势发生转变。李希烈派部将辛景臻、安华到颜真卿住所，在寺中堆起干柴说：“再不投降，就烧死你！”颜真卿起身跳入火中，辛景臻等人急忙拉住了他。李希烈的弟弟李希倩因与朱泚叛乱被杀，李希烈因而发怒，派宦官前往蔡州杀害颜真卿，说：“有诏书！”颜真卿拜了两拜。宦官说：“应该赐你死。”颜真卿说：“老臣没有完成使命，有罪该死，但使者是哪一天从长安来的？”宦官说：“从大梁来。”颜真卿骂道：“原来是叛贼，怎敢称诏！”随后他被叛军缢杀，终年七十六岁，嗣曹王李皋听到颜真卿死节的消息后，为他流下眼泪，三军都为之痛哭。
半年后，叛乱平定，淮西节度使陈仙奇派军将护送颜真卿的灵柩回京，颜真卿之子颜頵、颜硕至汝州襄城县迎丧，葬于京兆万年颜氏祖茔。德宗为他废朝五日，追赠司徒，谥号“文忠”，另赠钱五十万、粟二百硕。朝廷录用颜真卿的一个儿子为正员官，朝廷授颜頵为河中户曹参军，“旌忠烈之后”。
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