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.

Карно был истинным республиканцем, убежденным сторонником демократических преобразований в обществе. С первых же дней Великой французской революции он, будучи офицером королевской армии, решительно порвал со своим прошлым и встал на сторону восставшего народа. Вскоре он заявил о себе и как политический деятель, будучи избран в Законодательное собрание Франции, а затем в Конвент, где примыкал к левому, наиболее радикальному крылу республиканцев. В дальнейшем, в годы якобинской диктатуры, он проявил себя как выдающийся деятель Французской республики, снискав славу «организатора побед» революционной армии. Именно с его именем связаны все ее славные победы в 1793 и 1794 годах. Возглавляя в годы наивысшего революционного подъема вооруженные силы Республики, Карно сыграл ведущую роль в деле мобилизации народных масс на борьбу с объединенными силами европейской реакции, пытавшейся путем военной интервенции задушить революцию во Франции, и добился в этом блестящих результатов. Недаром впоследствии его именовали не иначе как «великий Карно». Обладая аналитическим умом и глубокими разносторонними знаниями, он сумел понять сложившиеся объективные условия, порожденные революцией, которые самым непосредственным образом влияли на развитие военного дела. Он одним из первых осознал необходимость создания новой, массовой армии и разработки новых стратегических и тактических форм вооруженной борьбы с целью их наиболее эффективного применения в изменившихся условиях. Карно решительно отвергал устаревшие догмы кордонной стратегии и линейной тактики, которые тогда господствовали в Европе. Вместо них он выдвинул новую стратегическую концепцию, сводившуюся к идее нанесения по противнику мощного удара крупными массами войск на избранном направлении. В годы Революционных войн Карно проявил себя как выдающийся стратег, обладающий несомненными полководческими дарованиями. Как военачальник крупного масштаба он отличался не только обширными знаниями военной стратегии и тактики, но и решительностью, твердой волей, предприимчивостью, умением глубоко анализировать самую сложную обстановку и делать на основе проведенного анализа соответствующие выводы, обладал редким даром стратегического предвидения. Кроме того, он зарекомендовал себя как выдающийся военный реформатор и способный военный администратор. Это был честный, талантливый, но в то же время довольно жесткий человек. Не обделен Карно был и храбростью. Осенью 1793 по его приказу для взятия Мобежа были соединены Северная и Арденнская армии. Главное командование ими возглавил генерал Ж. Журдан. Ввиду важности предстоящей операции и для оказания непосредственной помощи Журдану Карно лично отправился в подчиненные ему войска. Австрийские войска принца Кобургского занимали позиции, которые они считали неприступными. Умело сконцентрировав силы и направив их на ключевой опорный пункт в обороне противника, проявив настойчивость и последовательность в атаках, возглавляемые Карно и Журданом французские войска одержали под Мобежем блестящую победу (октябрь 1793 года). Противник был отброшен за реку Самбру, французы овладели сильной крепостью Мобеж. В решающий момент сражения Карно, Журдан и комиссар Конвента Дюкенуа лично возглавили колонну французских солдат, устремившихся на решительный штурм австрийских позиций. Опоясанные трехцветными шарфами и несшие шляпы на концах своих сабель, они бесстрашно шли впереди колонны, которую противник встретил шквалом ружейного и артиллерийского огня. И такой пример личного участия Карно в сражениях был не единичен. В дополнение к сказанному, современники отмечали угловатость и крайнюю сдержанность Карно, нередко переходившую в сухость. Характерными чертами Карно как человека являлись твердость и постоянство взглядов, верность своим принципам и убеждениям. Сохраняя верность республиканским идеалам, он оказался в Трибунате единственным из его членов, кто в 1802 году голосовал против назначения Наполеона Бонапарта пожизненным первым консулом. Так же Карно оказался в числе очень немногих, кто решился выступить против установления империи. Тем не менее Наполеон питал к Карно глубокое уважение, высоко ценил его талант как военного руководителя и видного ученого. К тому же Наполеон никогда не забывал о той роли, которую сыграл в его судьбе этот человек. Именно по представлению Карно он, малоизвестный тогда молодой генерал, не имевший опыта командования даже полубригадой, 2 марта 1796 года был назначен на должность командующего Итальянской армией — должность, которая открыла ему путь к подвигам и славе великого полководца. Во время Итальянского похода 1796—1797 годов Бонапарт вел с Карно довольно оживленную переписку, доверяя ему даже свои сокровенные тайны. Карно также отдавал должное Наполеону и как полководцу, и как крупному государственному деятелю, всегда считал себя его сторонником, но никак не мог смириться с его отходом от республиканских принципов и стремлением к авторитарной власти. Но Карно был, прежде всего, патриотом своей родины, и когда в конце 1813 года она оказалась перед угрозой вражеского нашествия, то он, преодолев все свои антипатии к существующему режиму, вновь встал на ее защиту и доблестно, как один из множества других генералов наполеоновской армии, исполнил свой воинский и гражданский долг перед отечеством. То же самое произошло и в период «Ста дней», когда Карно даже пожертвовал своими республиканскими принципами, приняв от Наполеона, чтобы не осложнять с ним отношения, столь презираемые им ранее монархические знаки отличия, звания и титулы. Однако в дальнейшем изгнанный из Франции и обреченный на нищенское существование убежденный республиканец не поступился своими принципами и не пожелал обменять их на подачки иностранных монархов. Несмотря на все выпавшие на его долю невзгоды и превратности судьбы, Карно в отличие от многих других видных деятелей Великой французской революции не запятнал свое славное имя отступничеством, не предал своих революционных идеалов и достойно пронес их через всю свою жизнь, закончить которую ему суждено было на чужбине.