Карно, хотя и занимал высокие посты, в том числе и военные, в республиканской Франции, но из-за своей скромности и демократических убеждений так и остался в чине подполковника, приравненного к рангу батальонного командира. Естественно, что после увольнения со службы ему выплачивалась и соответствующая пенсия. Доведенный до отчаяния нуждой и отягощенный долгами, он не выдержал и в 1809 году через военного министра А. Кларка обратился за помощью к императору. Щадя самолюбие своего бывшего покровителя и в то же время непримиримого политического оппонента, Наполеон произвел (якобы по ходатайству военного министра) Карно в чин дивизионного генерала и приказал выдать ему якобы невыплаченное генеральское жалование за несколько минувших лет, с лихвой покрывшее все его долги. Кроме того, Наполеон назначил Карно, как бывшему военному министру, 10 тыс. франков ежегодного содержания. Вскоре Карно был избран депутатом Законодательного корпуса от департамента Кот д’Ор (центр — Дижон) области Бургундия и приехал в Париж. Прибыв на прием к императору, был принят им милостиво. Но попытка Наполеона уговорить Карно вновь вступить на военную службу успехом не увенчалась. В конце 1813 года, когда возникла реальная угроза вторжения врага на территорию Франции, он сам предложил свои услуги Наполеону. Принятый на службу Карно был назначен военным губернатором Антверпена (Бельгия). Проявив завидную энергию, он, несмотря на свой уже почтенный возраст (Карно шел 60-й год), быстро подготовил город и крепость к обороне и приготовился к осаде. Но до нее дело не дошло, противник ограничился лишь блокадой Антверпена. Но к этому моменту его гарнизон был уже сильно ослаблен. Карно пришлось выделить около 5 тыс. своих лучших солдат на усиление корпуса генерала Н. Мезона, действовавшего в Бельгии. Несмотря на это Карно трижды отверг требование неприятеля сдать город. Противник подверг Антверпен сильной бомбардировке, но не смог сломить мужества его защитников. Только через месяц после падения Наполеона (5 мая 1814 года) Карно передал город и крепость прибывшему из Парижа графу д’Артуа (брат нового короля Людовика XVIII). После этого он отправился в Париж, где был принят королем довольно холодно и сразу же уволен в отставку с небольшой пенсией. Во время первой реставрации Бурбонов выступил с небольшой брошюрой, в которой подверг резкой критике ошибки нового режима. В связи с этим подвергся ожесточенным нападкам со стороны роялистов. В конце концов его обвинили в якобинстве и отдали под надзор полиции. Над ним нависла реальная угроза ареста. Чтобы избежать этого, Карно был вынужден покинуть свой дом и перейти на нелегальное положение. Во время «Ста дней» он сразу же примкнул к Наполеону, который назначил его министром внутренних дел, наградил командорским крестом ордена Почетного легиона, пожаловал титул графа Империи и возвел в звание пэра Франции. В условиях, когда вся феодально-абсолютистская Европа, как и в годы Великой французской революции, вновь ополчилась на Францию, Карно предложил Наполеону обратиться к опыту 1793 года, призвать весь народ на защиту страны, создать массовую армию и выдвинуть лозунг «Отечество в опасности!». Но Наполеон не решился на такой шаг. После сокрушительного поражения Наполеона при Ватерлоо (18 июня 1815 года), когда многие из его ближайших сподвижников вновь отвернулись от него, Карно остался верен императору до конца. 21 июня 1815 года он выступил в палате пэров против отречения Наполеона от престола, предложив провозгласить лозунг «Отечество в опасности!» и установить в стране военную диктатуру во главе с Наполеоном. Однако пэры (а они все без исключения были назначены лично Наполеоном) большинством голосов отвергли это предложение. Тогда Карно сам попытался убедить Наполеона пойти на такой шаг, но снова потерпел неудачу. Император уже смирился со своей участью и отказался от продолжения какой бы то ни было борьбы. Поняв это, Карно предложил ему бежать в Америку. Но и здесь Наполеон ответил отказом. После второго отречения Наполеона Карно удалился в свое поместье, где над ним был установлен строгий полицейский надзор. От расправы роялистов его спасло лишь заступничество победителей — союзных монархов. В сентябре 1815 года на заседании палаты депутатов Карно представил отчет о своем поведении с 1 июля 1814 по июнь 1815 года, который не удовлетворил роялистское большинство палаты и повлек за собой новые преследования. Карно был вынужден покинуть Францию и уехать в Варшаву (Польша). Там он получил известие об изгнании его из Франции как «цареубийцы» (голосовал за казнь короля Людовика XVI в 1793 году), а вслед за тем приказ покинуть пределы Российской империи (Польша с 1815 года входила в состав России). С разрешения Пруссии, которая согласилась принять изгнанника, избрал местом своего жительства город Магдебург, где и провел последние годы жизни. Несмотря на скромную пенсию, присылаемую ему из Франции, и крайне ограниченные средства к существованию сохранил твердость духа и мужественно переносил все лишения. Отказался от всех предложений, поступивших к нему из ряда иностранных государств, предлагавших более сносные условия существования. Находясь в изгнании, все время посвящал научной работе и воспитанию сыновей (один из внуков Карно в 70-90-х гг. XIX века был министром, а затем президентом Франции). Скончался летом 1823 года в Магдебурге и похоронен там же. Последним его пристанищем стала церковь Св. Иоанна. Автор многих научных работ. Из военных трудов самым известным является его 3-томное исследование «Об обороне крепостей», опубликованное в 1810 году. В нем Карно особо подчеркивал необходимость сочетания огня крепостной и полевой артиллерии с вылазками осажденного гарнизона.