그후 경기도, 황해도 관찰사와 철도원 부총재 등을 지냈다. 조카인 순정효황후가 황후에 책봉된 다음해인 1908년시종원경에 임명되었다. 그해 이토 히로부미가 죽자 이완용 등과 함께 장충단에서 이토 추도회를 열었다.[1910년한일 병합 조약 체결 때 윤택영, 민병석과 함께 고종을 협박하는 등 조약 체결, 국새(옥새)를 빼앗아 한일합방조약 성사에 공을 세움으로써 일본으로부터 훈1등 자작 작위를 받았다.
1917년 일본에서 관심을 가지던 중대사였던 순종의 일본 황실 참배를 성사시키는 데 공을 세웠다. 2년 후 영친왕의 결혼식을 나흘 앞두고 고종이 갑자기 사망했는데, 소문으로 떠도는 고종 독살설에서 윤덕영은 고종을 독살한 인물로 의심 받고 있다[
1925년에는 조선총독부 중추원 고문, 1940년 사망 직전에는 중추원 부의장에 임명되었다. 1935년 총독부가 편찬한 《조선공로자명감》에 조선인 공로자 353명 중 한 명으로 수록되어 있다.[]
