陈寿对刘吉说：“刘大人是国家的栋梁，不能因为这件事与万通他们搞翻而受到伤害。这个案件是我发现的，一人做事一人当，就由我来写奏书，揭露他们的贪腐嘴脸，即使受到他们的报复，我也不怕！”刘吉对陈寿置生死于不顾与贪腐权奸作斗争的勇气表示钦佩，并说一定会把奏书直接交给皇帝。令人意外的是，这封奏书不但没有扳倒万通，反而害了陈寿自己。几天后，刑部虽然开始公开审理这桩走私案，最终结果却是陈寿被判诬告，进了牢房。几年后，万贵妃病逝，刘吉派人重新稽查万通私运官盐一案，真相终于大白于天下，万通被判死罪，陈寿得以平反昭雪，誉满京城，并重新得到重用。

延绥，是陕北的两座重镇，在当时处在临近蒙古部落的边境，此前，蒙古经常袭扰明朝边境，先后几任巡抚官员都因为防御不力而被朝廷撤职或问罪，已是60岁的陈寿被出任右佥都御史兼延绥巡抚。上任后立即着手整顿军旅，将军队分为十道，分别驻守在各个战略要地，彼此互相应援，使得军势大振。蒙古满都鲁等部落相约联合进犯明朝边境，陈寿不顾花甲之躯，亲自披挂上阵，率领数十名骑兵到对方阵前，利用计策驱散了进犯的蒙古军队。

在担任巡抚的几年里，整顿吏治，打击盗匪和蒙古部落的进犯，维护了陕北边境治安的稳定，深得当地百姓拥护，也受到了皇帝的嘉赏。陈寿结束了短暂的戎马生涯，回到南京任右副都御史。陕西地方主官廖堂因贪暴无度激起民愤，吏部尚书杨一清认为陈寿刚直果敢、政声极佳，遂推举他任陕西巡抚，到任后，首先惩治了廖堂的势力，使官吏风气有所好转，然而这次任职时间很短，仅半年后就被朝廷调任兵部右侍郎。

83岁的陈寿在任上去世，嘉靖皇帝悲痛万分，追赠其太师，正一品官阶。陈寿一生为官40多年，始终以清廉着称，以至于耄耋之年的他在南京居住的房屋，尚不能遮风避雨。他去世后，由于没有留下任何积蓄，家属竟无钱为之安葬，还是靠仰慕他品行和人格的尚书李充嗣和应天府尹寇天叙，出钱为他殡殓。数年后，在祖籍亲友的资助下，陈寿终于归葬其祖居地江西新干，其墓地尚存，世代祭祀不断。