Thời điểm này, mặc dù bề ngoài vẫn xem Phụ Công Thạch là huynh đệ, song Phục Uy trong lòng đã nghi ngờ Phụ Công Thạch, vì thế ông cho Vương Hùng Đản và Khám Lăng nắm binh quyền trên thực tế. Phụ Công Thạch nhận ra rằng Lý Phục Uy nghi ngờ mình, trở nên bực tức, song giả bộ mất hứng thú với sự đời, thay vào đó cùng với một cố nhân là Tả Du Tiên (左遊仙) vờ học giả kim thuật. Lý Phục Uy cũng được mô tả là quen thuộc với giả kim thuật nhằm cố gắng kéo dài tuổi thọ, ông thường xuyên dùng mica mặc dù trong đó có nhiều chất độc.

Vào mùa thu năm 622, Lý Thế Dân tiến công và chiếm ưu thế trước Lỗ Vương Từ Viên Lãng, quân Đường ở ngay sát lãnh địa của Lý Phục Uy. Lý Phục Uy lo sợ triều Đường hoài nghi lòng trung thành của mình nên đã quyết định cùng Khám Lăng đến kinh thành Trường An yết kiến Đường Cao Tổ. Trước khi đi, Lý Phục Uy trao lại quyền thống lĩnh quân lính cho Phụ Công Thạch, Vương Hùng Đản làm phó song nắm quyền trên thực tế, Lý Phục Uy bí mật nói với Vương Hùng Đản cần đề phòng Phụ Công Thạch làm biến. Khi Lý Phục Uy đến Trường An, được Đường Cao Tổ đối đãi đặc biệt, như cho phép Phục Uy ngồi trên bảo tọa, và trong dịp khác đã tôn vinh ông còn cao hơn hoàng tử Lý Nguyên Cát. Tuy nhiên, Đường Cao Tổ không cho Phục Uy và Khám Lăng trở về Đan Dương. Vào mùa xuân năm 623, Đường Cao Tổ phong Đỗ Phục Uy làm 'thái tử thái bảo', 'hành đài thượng thư lệnh'.

Trong khi đó, vàu mùa thu năm 623, Phụ Công Thạch đã đoạt lấy binh quyền của Vương Hùng Đản và nổi dậy, tuyên bố rằng Phục Uy đã bị bắt và bí mật hạ lệnh cho ông ta nổi dậy chống Đường. Vào mùa xuân năm 624, Phục Uy đột ngột qua đời, theo chính sử thì nguyên nhân cái chết là ông trúng độc do hậu quả từ những lần thực hiện giả kim thuật, nhưng cũng có quan điểm rằng ông bị Đường Cao Tổ ra lệnh ám sát. Sau khi Triệu quận vương Lý Hiếu Cung (một thành viên hoàng tộc Đường) đánh bại và giết chết Phụ Công Thạch, Lý Hiếu Cung tin vào lời khai của Phụ Công Thạch rằng hành động nổi dậy là theo lệnh của Phục Uy, vì thế đã thượng tấu Đường Cao Tổ. Đường Cao Tổ hạ lệnh bãi mọi tước hiệu của Phục Uy, thê tử của ông bị bắt làm nô bộc. Sau khi Lý Thế Dân đăng cơ, tức Đường Thái Tông, vào năm 626, do biết rằng Phục Uy không tham gia vào âm mưu nổi dậy của Phụ Công Thạch, Đường Thái Tông đã phục quan tước cho Phục Uy, phóng thích thê tử của ông, cải táng theo nghi lễ dành cho công tước.