元仁宗延祐二年（1315年）十月，鐵木兒脫由同知樞密院事升任知樞密院事。授白雲宗道人沈明仁榮祿大夫、司空。延祐七年（1320年）元英宗即位，拜為中書省平章政事。至治元年（1321年）八月，改任上都留守，後為陝西行台御史大夫。天曆二年（1329年）元明宗即位，再次擔任上都留守，八月，元文宗複位，拜為御史大夫。