Cách mạng tháng Tám thành công, chính quyền nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa được thành lập. Tỉnh Quảng Ngãi được đổi tên thành tỉnh Lê Trung Đình. Ngày 30 tháng 8, Ủy ban nhân dân cách mạng tỉnh Lê Trung Đình do Trần Toại làm Chủ tịch ra mắt người dân.[1][2][3][19]

Tuy nhiên, do tuổi cao, bệnh nặng, đặc biệt là những di chứng từ những ngày tháng tù đày, ông giao lại chức vụ Chủ tịch tỉnh cho Nguyễn Công Phương, Chủ tịch huyện Nghĩa Hành.[1][20][21][22]

Dù phải chống chọi với bệnh tật, nhưng ông vẫn tích cực công tác, tham gia xây dựng sách lược, chiến lược để củng cố chính quyền cách mạng khi thực dân Pháp xâm lược trở lại.[1]

Ngày 20 tháng 3 năm 1948, ông mất vì bệnh nặng, an táng tại Gò Cao, làng Trường An, xã Ba Động, huyện Ba Tơ.[2][3]