Năm 868, Cao Biền được triệu hồi về Trường An giữ chức Hữu kim ngô đại tướng quân.

Cao Biền thỉnh triều đình để tụng tôn Cao Tầm (高潯), người đã lập được nhiều công lao trong chiến dịch chống Đại Lễ, được kế nhiệm ông trấn giữ Giao Chỉ- giữ chức Tĩnh Hải tiết độ sứ, và được chấp thuận.[7][8] Thiên tử khen ngợi tài năng của Cao Biền, lần lượt đổi chức quan của ông thành kiểm hiệu công bộ thượng thư, Vận châu thứ sử, rồi Thiên Bình[chú 9] tiết độ sứ, ông cai trị có phép tắc khiến dân lại ngợi ca.[3] Năm 873, khi Đường Ý Tông qua đời và Đường Hy Tông lên kế vị, Cao Biền mặc dù tại nhiệm ở Thiên Bình, song vẫn được ban chức Đồng bình chương sự.[9]