Tháng giêng năm Thái Nguyên thứ 11 (386), người bộ lạc Đinh Linh là Địch Liêu chiếm cứ Lê Dương [14], giết chết thái thú Đằng Điềm Chi. Chu Tự nghe tin, lập tức phái tướng quân Tần Ưng, Hồng Bân soái lĩnh quân đội các quận ở vùng Hoài, Tứ thảo phạt Địch Liêu, nhưng không thành công. Tháng 8, Địch Liêu đánh Tiếu, bị Chu Tự đánh bại.

Tháng giêng năm Thái Nguyên thứ 12 (387), nhà Tấn lấy Chu Tự làm Thanh, Duyện 2 châu thứ sử, thay Tạ Huyền giữ Bành Thành. Chu Tự xin được trấn thủ Hoài Âm, triều đình cho phép. Không lâu sau, Địch Liêu sai con trai Địch Quyên đánh Trần, Toán, Chu Tự sai Tần Ưng đánh bại Quyên, được thăng làm Chinh lỗ tướng quân.

Tháng giêng năm Thái Nguyên thứ 13 (388), Tạ Huyền qua đời, nhà Tấn lấy Chu Tự làm đô đốc Ti, Ung, Lương, Tần 4 châu chư quân sự, Ung Châu thứ sử, trấn thủ Lạc Dương. Vào tháng 2, Địch Liêu tự xưng Thiên vương, đặt quốc hiệu là Ngụy, sử gọi là Địch Ngụy.

Tháng giêng năm Thái Nguyên thứ 15 (390), vua Tây Yên là Mộ Dung Vĩnh soái quân bức đến Lạc Dương. Chu Tự từ Hà Âm [15] cùng bộ hạ của Vĩnh là Vương Thứ giao chiến, Vương Thứ thua chạy, bộ hạ của ông ta đều bị chém chết. Chu Tự xua quân đuổi đến núi Thái Hành, lại đánh bại Mộ Dung Vĩnh, Vĩnh chạy đến Thượng Đảng [16]. Chu Tự đuổi đến nơi, cùng Vĩnh đối địch hơn 20 ngày ở Bạch Thủy, Thượng Đảng.

Gặp lúc Địch Liêu muốn thừa hư chiếm Lạc Dương, Chu Tự bèn chia quân làm 2, tự mình soái quân đánh Địch Quyên ở Thạch Môn [17], lại phái Triệu Phàn đại phá Địch Liêu ở huyện Hoài [18]. Địch Liêu nghe tin, nhân đêm tối bỏ trốn, Chu Tự giành được toàn thắng.

Tháng 10 năm Thái Nguyên thứ 17 (392), Chu Tự lấy cớ tuổi già lắm bệnh, xin được từ chức. Năm sau, ông qua đời, được truy tặng Tả tướng quân, tán kỵ thường thị.