Năm Ất Dậu, Thiên Chương Hữu Đạo thứ 2 (1225), mùa đông, con trai ông là Trần Cảnh mới 8 tuổi lên làm Thiên tử, mở đầu cho thời đại nhà Trần. Ông làm nhiếp chính cho con trai mình bên cạnh Trần Thủ Độ nắm giữ chức vụ Thái sư. Tháng 10 năm sau (1226), ông được tôn làm Thái thượng hoàng, ngự ở Phụ Thiên cung (附天宮), phường Hạc Kiều phía bên tả.[1]

Năm Giáp Ngọ, Thiên Ứng Chính Bình năm thứ 3, ngày 18 tháng Giêng (tức 17 tháng 2 năm 1234), Thái thượng hoàng băng hà, thọ 51 tuổi, táng ở Thọ Lăng (壽陵), phủ Long Hưng (nay thuộc huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình). Miếu hiệu là Huy Tông (徽宗), thụy hiệu là Khai Vận Lập Cực Hoằng Nhân Ứng Đạo Thuần Chân Chí Đức Thần Vũ Thánh Văn Thùy Dụ Chí Hiếu Hoàng Đế (開運立極弘仁應道純真至德神武聖文垂裕至孝皇帝).[1]

Tháng Giêng năm Mậu Thân (1248), Trần Thái Tông đổi miếu hiệu của ông từ Huy Tông thành Thái Tổ (太祖), đổi gọi Thọ Lăng thành Huy Lăng (徽陵).[1]