Năm 1818, vua thăng Chất làm Tổng trấn Bắc Thành. Ông dâng sớ từ chức ấy và xin vào chầu, vua xuống tờ chiếu khen tốt nhưng không cho vào chầu. Năm sau, Chất lại xin vào chầu, vua dụ rằng việc thành còn nhiều, cho ngươi xếp đặt vài tháng nữa, trẫm sẽ tuyên triệu, chưa muộn gì. Năm đó ông đi kinh lược đồn Mỹ Nương, gặp Cai đội là Hồ Tiên Lộc cho quân nghỉ việc, Chất chém đi, đem việc tâu lên. Vua nói rằng như thế là đúng phép[2].

Mùa đông năm 1819, vua Gia Long băng hà. Thái tử Đảm lên nối ngôi, tức là Thánh Tổ Nhân hoàng đế, đặt niên hiệu là Minh Mạng. Lê Chất dâng sớ xin vào kinh viếng tang. Vua Minh Mạng cho rằng phương Bắc là trấn quan trọng, nên hạ chiếu khước từ.

Năm 1820, vua mới cho Chất vào kinh, ban cho mẹ Chất là Đào thị đã hơn 70 tuổi các món bạc, lụa, trâu và rượu[2]. Tháng 4, triều đình xây sơn lăng cho Cao hoàng đế và Cao hoàng hậu, sung Chất làm Tổng hộ sứ, rồi sai Chất đi đốc xây Trấn Hải Đài. Khi vua mới lên ngôi đương lưu ý văn trị, tiến dụng nho thần, sai bọn Trịnh Hoài Đức tra điển lễ, điều tấu thi hành. Lê Chất cùng Lê Văn Duyệt mỗi khi vào chầu, tâu việc nhiều lúc không hợp lễ, thường vu cho là lũ Hoài Đức sinh sự ton hót vua, rồi chỉ trích, vua nghĩ lũ Duyệt là huân cựu đại thần hãy cứ để đấy, đối đãi bằng lời âm sắc vui, chưa nỡ bắt tội.

Mùa thu năm 1821, vua chuẩn bị Bắc tuần (để đón sắc phong của nhà Thanh), sai Chất về thành trước làm việc. Mùa đông ấy vua đến Bắc Thành, vua ban cho Chất dao vàng Tây dương chạm khắc mạ vàng và súng mạ bạc mỗi thứ một cái. Lúc đó Nhiếp trấn Sơn Nam thượng Lê Duy Thanh ăn của đút lót, vua cho quan Bắc Thành tra bàn, Thanh nhân vào chầu tâu khóc ở trước mặt vua xin đổi giao việc ấy cho nha khác tra xét, để khỏi bị quan Bắc Thành xử nặng, Chất hặc tâu Thanh là tiểu thần dám tứ ngạo vô lễ ở trên triều đình, xin nên chém đầu, để nghiêm kỷ cương triều đình, vua yên ủi hòa giải đi, sai quan Bắc Thành giữ lòng công bằng xét hỏi, Chất cùng Hình tào hội tra, muốn kết án Thanh vào tội tử hình. Án ấy chưa dâng lên thì có lệnh vua, chỉ cách chức của Duy Thanh và phân phối ra Quảng Bình. Chất nghe tin bực tức, muốn chấp tấu, lại sợ vượt chức không dám làm.

Năm 1822, các trấn Bắc Thành duyệt đinh tuyển lính, đinh nhiều thắng số, vua thưởng cho Chất được cấp kỷ lục vải áo đoạn rồng bốn móng, Chất dâng biểu xin về kinh chầu vua. Vua dụ rằng[2]:

Bắc Thành gần đây địa phương chưa tĩnh, hơn nữa nay thi hành dân chính, việc mới bắt đầu làm, dân tình chưa khỏi ngờ sợ, tất phải huân vọng trọng thần mở lòng thành tỏ công đạo mới có thể khiến dân thỏa thiếp, ngươi nên vì trẫm nhận trọng trách ấy, đợi có người thay, sẽ triệu ngươi đấy.

Lại nghe mẹ Chất ốm, bèn cho con Chất là Lê Hậu (trước đã về thăm nhà hầu bà, Chất dâng sớ xin trần tình, vua lại lưu Chất ở lại làm việc. Đến tháng 9 năm đó, ở Hưng Hóa có thổ phỉ Lý Khai Hoa tụ quân hơn 1.000 người ngụy xưng là Lý Hoàng, đánh cướp đông Võ Lao, giấy ngoài biên cáo cấp, Chất lập tức sai Chưởng cơ Nguyễn Khắc Tuấn và Trấn thủ Hưng Hóa Nguyễn Đức Niên đều đem quân tiến đánh. Lại hịch cho Tuyên Quang Trấn thủ Đào Văn Thành đem quân đến động Cáo Niên tiếp ứng. Quân họ Lý dựa chỗ hiểm chống giữ quan quân, lũ Tuấn thừa thế đánh dữ, giặc đều giải tán. Liền bắt được tướng giặc Lý Khai Hoa giết đi, địa phương được yên[2].

Năm 1823, Chất được vào chầu vua, ở thành tiêu hết tiền công 3.800 quan, thóc 800 hộc, vua chiếu miễn không đòi[2]. Chất vào chầu ở điện, xin về Bình Định thăm cha mẹ, vua nghe cho. Lại ban mũ áo nhị phẩm cho mẹ Chất là Đào thị. Năm 1824, vua gả em gái thứ 8 là Trưởng công chúa Ngọc Cửu cho con trưởng của Chất là Lê Hậu. Năm đó ông và Lê Văn Duyệt hiện là Tổng trấn thành Gia Định, đều xin từ chức. Vua hỏi lý do vì sao, Chất chần chừ ba bốn lần rồi nói rằng

Trước kia án Lê Duy Thanh, tôi cùng Hình tào nghị xử tội Thanh đáng chết, đến lúc đình nghị Thanh được giảm nhẹ, thế là phép không tin với dân, mà tôi không làm được việc Bắc Thành là bởi thế đấy.

Vua nghe câu đó rất tức giận nhưng giả bộ bảo rằng đấy là đình thần bàn, không phải ý riêng của trẫm[2]. Bèn cho đem án của Thanh giao cho Chất nghị lại, Chất biết ý vua giận, không dám nói nữa. Thanh lại được y án trước phát đi Quảng Bình hiệu lực[2]. Tháng 4, hai trấn Thanh, Nghệ trấn dân đói, giặc cướp nổi lên, Chất lĩnh 4 vệ lính kinh đi kinh lược[11], những việc lợi nên làm, việc hại nên trừ, đều dược tuỳ nghi điều độ, lại cho chuyển sức viên biền, mộ tập lính cơ. Khi Chất đến nơi, tâu xin đắp các thành phủ huyện là Tĩnh Gia, Diễn Châu, Thạch Hà, và dời đặt phủ lỵ Hà Trung, đều thuê dân làm. Lại tha các tù phạm, chiêu dụ trộm cướp và những lính các cơ Thanh Thuận, An Thuận đi thú Gia Định trốn về, và mộ dân ngoại tịch lập làm Thanh Thuận nhất, nhị 2 cơ, An Thuận nhất, nhị 2 cơ. Lại sai Quản phủ Diễn Châu Chu Văn Quế, Tri huyện Hương Sơn Phan Nhật Thạch lập Thuận An tứ, Thuận An ngũ 2 cơ, xin đều cấp lương tháng chia phái đi đóng đồn giữ và cho theo sai phái. Vua nói rằng trong đám tù phạm cũng có đứa quen thói cố phạm, cũng có đứa bị hiếp theo, bị vu khác nhau, cũng nên phân biệt nặng nhẹ để tỏ pháp điển. Nhưng nay đã bổ sung vào binh ngũ rồi, tạm cho theo lời xin ấy.

Chất lại xin dồn bớt tổng xã thuộc huyện 2 phủ Diễn Châu, Trương Dương, đổi làm sổ đinh, cất đặt quan lại. Vua lo làm như thế nhiễu dân không cho làm, rồi cho Lê Chất về Bắc Thành. Khi về Bắc Thành, Chất dâng biểu tâu rằng

Lính mới mộ được hơn 20.000 người, dồn thành hơn 300 đội, xin đặt làm Tĩnh Bắc, Định Bắc, An Bắc hơn 30 cơ, lưu thành sai phái. Lại điều bổ vào số lính thiếu của ngũ quân ngũ kịch và phân phái trú phòng các ngoại trấn.

Trong thời gian ở Bắc Thành, ông có biên soạn bộ Bắc Thành dư địa chí (gồm 12 quyển viết bằng chữ Hán) với sự tham gia của các nho sĩ Bắc Hà[12].