元和十年（公元815年）正月，柳宗元忽然接到皇帝诏书，召他进京。那时他真是百感交集，觉得这次可以再见久别的故乡了，有可能再施展自己的抱负了；可是，转念一想，自己一向被朝中许多大官僚所忌恨，此去说不定再遭到什么意外打击，不禁又无限忧虑起来。当他坐船出发，与十年来忧患相共的永州山水和亲戚朋友离别愈来愈远时，更不由得瞻前顾后，感慨万端。“每忆纤鳞游尺泽，翻愁弱羽上丹霄。岸旁古堠应无数，次第行看别路遥。”（《诏追赴都回寄零陵亲故》）充分反映了作者当时矛盾的心情。然而，这次重回京城毕竟是件值得高兴的事，舟行重经汨罗江时，他写了一首《汨罗遇风》诗，庆幸自己命运总算胜过屈原，能够重入京门，可以为国家多做点工作。这年二月，春暖花开的时节，“诏书许逐阳和至，驿路开花处处新”（《诏追赴都二月至灞亭上》），柳宗元怀着兴奋的心情回到了长安。
因王叔文事件一起被贬的“八司马”，除了韦执谊、凌准已死，程异已于元和四年（公元809年）迁官外，其余五人，这次一起被召进京。原来当时执政大臣中有人怜惜他们的才能，建议把他们召回来。但不出柳宗元先前所顾虑的，他们一到长安，就遭到一些大官僚在宪宗面前的毁谤，而宪宗也正对他们怨恨未消，在三月里，就下令派他们为荒远地区的州刺史（一州的长官）。柳宗元被派为柳州（今广西壮族自治区柳州市）刺史，韩泰为漳州（今福建省漳州市）刺史，韩晔为汀州（今福建省长汀县）刺史，陈谏为封州（今广东省封川县）刺史，刘禹锡被派为播州刺史，后来改为连州（今广东省连县）刺史，官职虽然比司马高了，可是地区却更远、更荒僻了。明代周思兼写的《八司马论》曾说：八司马中，“惟程异之材为下，而元和之末，犹得以自进于朝廷者，忌之者寡也。夫然后知刘（禹锡）、柳（宗元）之名愈甚天下，而贬斥之祸愈不得以自伸也。惜哉！”说明在封建社会，才能愈高就愈被人妒忌，遭到更多的打击。
暮春三月，百花如锦，柳宗元、刘禹锡等又带着失望的心情，匆匆离开长安，踏上辽远的征途。“十年憔悴到秦京，谁料翻为岭外行。”（《衡阳与梦得分路赠别》）“二十年来万事同，今朝岐路忽西东。”（《重别梦得》）他们一直同行到衡阳（今湖南省衡阳市）才依依不舍地分手，一路上相互赠答了不少诗篇，在共同政治思想和生活遭遇的基础上，彼此的友谊更加深厚了。
当年六月，柳宗元到达柳州。
当时的柳州，不仅远离中原地区，比起永州来也更为荒僻。柳宗元初到那里，只见山重水复，杂树参天，野草丛生，人迹稀少，言语不通，毒蛇猛兽，经常出没；居民的风俗习惯和中原地区也大不相同，一般生活都很穷苦，偷盗甚至劫杀的风气相当严重；他们受迷信思想毒害也很深，生了病就求神问卜，杀掉牲口来祭祀，如果卜出来病不会好就不吃东西等死；因此人口和牲畜的死亡率较高，城乡笼罩着一片荒凉恐怖的气氛。他看到这情况心里非常不愉快，但是他回过来一想：自己这番来柳州和过去做永州司马是不同了，毕竟是一个地方长官，有了政治实权，这里条件虽然很差，难道不可以有所作为么？于是他下定决心要改变柳州的面貌，从当地实际情况出发，适应原来风俗习惯，制订了一系列法令，引导人民发展生产、改善生活。经过当地人民共同努力，在不很长的时间内，社会秩序逐步安定，许多荒地得到开垦，牛羊鸡鸭也繁殖了，城廓街道被修治得整整齐齐，路旁还种植了有名树木，交通船只也造了不少，流亡在外的人也纷纷回来。柳宗元还在那里兴办学校，使当地青年获得学习文化的机会。柳州人民由于生产发展、生活和文化修养的提高，劳动情绪更加高涨，比较普遍地树立起事业心和讲道德、讲礼貌的风气，被中原人视为“蛮荒”的柳州出现了欣欣向荣的景象。
柳宗元在柳州政绩中值得注意的还有帮助许多奴婢获得赎免。在唐代，官僚、贵族和大地主家里大都蓄养了许多奴婢，进行惨酷的压榨；而贫苦人民则由于天灾人祸、苛捐杂税等种种迫害，不得不卖儿鬻女或直接沦为奴婢。南方一带，地处边远，抵押、贩卖奴婢风气尤为严重。柳州的情况是：穷人交不起地租或还不清债务，便把自己子女抵押给地主或高利贷者，到期没有钱去赎，本利相加，即被没为终身奴婢。柳宗元订出了一项办法，规定凡是已被没为奴婢的人，可以按照做奴婢的时间计算工资，如果应得工资已达到所欠债务的数目，便可以赎身回家。这个办法在柳州及附近几州被推行，只一年，就有一千左右的奴婢获得了自由。
一转眼，三年多过去了。柳宗元初来柳州时在江边种植的柳树已经茁壮地成长起来。这使他想到又度过了几年贬谪生涯，引起深深的感慨；但这些柳树也象征了他这几年来工作的成绩，从中可以得到慰藉。不过他感到自己为人民所做的事情太少了。正象他在《种柳戏题》中所说：柳州柳刺史，种柳柳江边。谈笑成故事，推移成昔年。垂阴当覆地，耸干会参天。好作思人树，惭无惠化传。柳宗元在这时期思想上不断想念着家乡，伤感着自己的远谪，正是“宦情羁思共凄凄，春半如秋意转迷”（《柳州二月榕叶落尽偶题》），春去秋来，惆怅满怀；但也对柳州地区及人们产生了深厚的感情。有一次，他和部属们在路边亭子中一起饮酒，对他们说：“我被朝廷所遗弃而到这里来，可是却能够和你们相处得这么好！”
柳宗元在永州时已经多病，到柳州后由于心情的抑郁，工作的勤苦，健康情况更加恶化。元和十四年（公元819年）十一月八日，他终于病死在柳州，只活了四十七岁。
柳宗元的死，引起柳州人民沉痛的悲悼，次年即为他修了衣冠墓。三年后，大家又为他在罗池地方起了一座庙，永远纪念着他。后人因为他原籍河东，有时就称他为柳河东；也因为他在柳州做过这一段时期工作，也称他为柳柳州。纪念他在柳州的古迹，历代几经修葺，现在广西壮族自治区柳州市人民公园内还保存着柳侯祠（即罗池庙，为自治区重点文物保护单位）、柳宗元衣冠墓、罗池、柑香亭（原有柑子堂，为纪念他“手种黄甘二百株”而建。宋代堂址废，清乾隆十九年〔公元1754年〕，重建亭于罗池旁）等。