Ngày 7 tháng 1 âm lịch năm 1429, Lê Thái Tổ lập con trưởng Lê Tư Tề làm Quận vương, giúp trông coi việc nước, con thứ Nguyên Long làm Hoàng thái tử.[134] Lê Tư Tề mắc chứng điên cuồng, giết bừa các tì thiếp, việc đó không hợp ý vua Thái Tổ. Năm 1433, Lê Thái Tổ vời người con của anh ruột của mình là Nhập nội Thiếu úy Lê Khôi lúc ấy đang trấn thủ Hóa châu về để bàn định việc lập Thái tử,[154] tháng 8 âm lịch năm đó, con trưởng Lê Tư Tề bị phế giáng làm Quận vương, con thứ Nguyên Long kế thừa tông thống. Đô đốc Phạm Vấn, Đại Tư đồ Lê Sát và Tư khấu Lê Ngân được vua trao trọng trách phụ chính giúp vua Lê Thái Tông còn ít tuổi.[67][155]

Lê Thái Tổ ở ngôi được 5 năm thì qua đời vào ngày 22 tháng 8 âm lịch (ngày 7 tháng 9 dương lịch) năm Quý Sửu (1433), hưởng dương 49 tuổi. Vì nhớ công Lê Lai chết thay cho mình ở núi Chí Linh trước kia, ông dặn lại đời sau phải giỗ Lê Lai trước khi giỗ ông một ngày. Bởi thế đời sau truyền lại câu: Hăm mốt Lê Lai, hăm hai Lê Lợi.[156]

Lê Lợi được an táng tại Vĩnh Lăng, Lam Sơn và được tôn miếu hiệu là Thái Tổ (太祖), thụy hiệu là Thống Thiên Khải Vận Thánh Đức Thần Công Duệ Văn Anh Vũ Khoan Minh Dũng Trí Hoàng Nghĩa Chí Minh Đại Hiếu Cao Hoàng Đế (chữ Hán: 統天啟運聖德神功睿文英武寬明勇智弘義至明大孝高皇帝). Đời sau đều gọi là Thái Tổ Cao Hoàng đế (chữ Hán: 太祖高皇帝) hay Cao Hoàng (高皇), Cao Đế (皇帝). Thái tử Lê Nguyên Long 11 tuổi lên nối ngôi, tức hoàng đế Lê Thái Tông.[134][157]