Sau năm 819, với việc Ngụy châu Điền Hoằng Chánh quy phục, Thái châu Ngô Nguyên Tế bị xử tử, Vận châu Lý Sư Đạo bị ám sát, Trấn châu Vương Thừa Tông ưu tử, thì nhà Đường về cơ bản đã tạm dẹp yên được nạn phiên trấn. Lưu Tổng trơ trọi một mình ở đất Yên, không có đồng minh nên hết sức lo lắng. Những năm cuối, ông liên tục bị ám ảnh bởi cái chết của cha và anh, thường thấy họ hiện về đòi mạng trong giấc mộng. Ông cho mời mấy trăm nhà sư đến phủ của mình và mở tiệc chay thết đãi, thường tổ chức lễ cầu đảo linh đình, đến tối cũng phải ngủ ở chỗ đông người; vì nếu chỉ ngủ một mình thì không thể nào nhắm mắt. Đến năm 821 thời Đường Mục Tông (820 - 824), ông dâng biểu giao trả 9 châu Lư Long về cho triều đình nhà Đường, xin xuất gia làm tăng, lấy phán quan Trương Cao làm lưu hậu. Ông còn xin ban thưởng lớn cho tướng sĩ Lư Long để họ trung thành với triều đình; thỉnh cầu cắt Lư Long thành ba đạo nhỏ: ba châu U, Trác, Doanh là một đạo; bốn châu Bình, Kế, Quy, Đàn là một đạo; đạo còn lại là hai châu Doanh, Mạc do Trương Hoằng Tĩnh, Tiết Bình và Lư Sĩ Mai cai quản[15]. Đồng thời lại khuyên triều đình đề phòng một nhân vật có uy tín lớn là Chu Khắc Dung, cháu nội tiền Tiết độ sứ Chu Thao.

Vua Mục Tông ban quan chức cho một số thân tín của Lưu Tổng, ban tiền thưởng cho tướng sĩ Lư Long; phong ông làm Thị trung; Thiên Bình quân tiết độ sứ[16], ban pháp hiệu Đại Giác thiền sư, ban cho cà sa màu tím và bố trí cho ông ở chùa Báo Ân tự. Nhà Vua sai hoạn quan đến U châu tuyên chiếu, nhưng khi sứ chưa tới thì Lưu Tổng đã cạo đầu và quy y, sau đó bắt đầu rời khỏi Lư Long. Một số binh sĩ dưới quyền tìm cách ngăn cản, ông bèn giết hơn 10 người rồi trao quyền cho lưu hậu Trương Cao. Ông rời khỏi phủ của mình vào nửa đêm. Khi sứ triều đình nói, Trương Cao ra trả lời rằng không biết Lưu Tổng ở đâu.

Ngày 2 tháng 5 năm 821, Lưu Tổng qua đời ở Định châu thuộc trấn Nghĩa Vũ, không rõ bao nhiêu tuổi[5]. Nhà Đường không thực hiện đề nghị của ông, bổ nhiệm Trương Hoằng Tĩnh làm Tiết độ sứ Lư Long cai trị 7 châu trong trấn cũ, chỉ giao hai châu Doanh, Mạc cho Lư Sĩ Mai, về sau quả nhiên phát sinh bạo loạn.