Trịnh Duy Sản tập hợp lực lượng các lộ tấn công chiếm lại Thăng Long, đưa vua Lê Chiêu Tông trở về kinh thành. Trần Cảo phải rút lui về Lạng Nguyên.

Tình hình tạm yên, các tướng nhà Lê lại quay sang đánh nhau. Các đại thần chia làm hai phe: họ Trịnh và họ Nguyễn. Người cùng họ Trịnh Duy Đại là Trịnh Tuy dàn quân đánh nhau với Nguyễn Hoằng Dụ ngay tại kinh thành.

Trịnh Duy Đại cùng chú Hoằng Dụ là Nguyễn Văn Lự hẹn nhau cùng vào gặp vua Chiêu Tông để hòa giải hai họ. Khi đến trước điện, Văn Lự bất ngờ lấy tờ sớ bí mật trong tay áo đưa ra, tâu với Chiêu Tông rằng: Trịnh Tuy cùng Trịnh Duy Đại bàn mưu với nhau lập Nguyễn Tùng là con Nguyễn Trinh làm ngụy chúa, định làm việc bạo nghịch lớn.

Lê Chiêu Tông bèn sai bắt luôn Duy Đại cùng thủ hạ của ông là các tướng do Trịnh Bá Quát đứng đầu đem chém. Sau đó Chiêu Tông sai bêu đầu ông ra ngoài cửa dinh tướng Trần Chân[2][3]. Không rõ năm đó Trịnh Duy Đại bao nhiêu tuổi.