Его совместная работа с Генрихом Клейстом в «Берлинском вечернем листке» продолжалась недолго и закончилась после разногласий с Клейстом.

В 1811 году Брентано уехал из Берлина и провёл два последующие года в Богемии, а затем в Вене. В это время появляются его драмы «Алоис и Имельда» (издано только в 1912 году) и «Основание Праги» (издано в 1815 году в отдельном издании). Попытка заявить о себе в Вене как о драматурге закончилась неудачей.

По возвращении в Берлин в 1815 году Брентано находился в глубокой депрессии, приведшей его сначала в ряды пиетистов, а позднее к возвращению в католическую церковь. Этот шаг был сделан благодаря знакомству с дочерью пастора Луизой Гензель в конце 1816 года. Сначала Брентано хотел перейти в протестантство, чтобы жениться на Луизе Гензель. Когда она отклонила его предложение, он стал склонять её к переходу в католическую веру. В 1818 году Луиза приняла католичество. В 1817 году Брентано инсценировал свой отказ от мирской поэзии, но в реальности не распрощался с ней. Посвященные Луизе Гензель лирические стихотворения (например, «Молчи, о, сердце, я в пустыне») соединяют в себе элементы ранней романтики и религиозные и эротические темы. Около 1816 года возникла ещё одна часть «Сказок Италии», в том числе первый вариант «Петушка, Курочки и Кудахточки».

В 1818 году Брентано покинул Берлин и провел последующие шесть лет в Дюльмене в Вестфалии, записывая видения тяжело больной монахини Анны Катерины Эммерик, обретшей стигматы. Согласно проведённым позже исследованиям, Брентано в своих записях смешивал откровения Анны со своими литературными пассажами, что не позволяет оценить истинное содержание её видений.

После смерти Анны Эммерик в 1824 году Брентано жил в разных местах, с 1829 года во Франкфурте, а с 1833 года в Мюнхене. В это время он работал над своими книгами, в которых воплотил переработанные записи о видениях: «Страдания Господа нашего Иисуса Христа» (1833), «Жизнеописание святой девы Марии» (1852, издано посмертно), «Годы учения Христа» (издано в 1858—1860 гг. в обработке Карла Эргарда Шмёгера, оригинальное издание лишь в 1981 году) и биография Анны Катерины Эммерик (не окончена, издана в 1867—1870 гг. в обработке Шмёгера, оригинальное издание лишь в 1981 году). Эти произведения, против воли Брентано, использовались в качестве душеполезного чтения и распространялись по всему миру большими тиражами. Их влияние даже сегодня заметно в романском и американском католицизме. В своей книге «Сёстры милосердия» (1831) он приветствовал появление общины сестёр милосердия святого Винченцо фон Пауля в Германии, одновременно это произведение стало одним из высших достижений немецкой прозы.

В 1833 году Брентано познакомился в Мюнхене со швейцарской художницей Эмилией Линдер. Как и ранее в его отношениях с женщинами, повторилось восхваление любимой в стихах и желание обратить её в свою веру, как и прежде, его подруга уклонялась от этих попыток, однако после смерти Брентано она приняла католическую веру. Поздняя любовь принесла свои плоды, которые наряду со стихотворениями Гёте, Гёльдерлина и Гейне, представляют собой самое своеобразное и самое значимое лирическое достижение первой половины XIX века (например, стихотворение «Я звёздам петь могу»). Стихи, посвященные Линдер, а также появившиеся в 30-е годы XIX века сказки («Прекрасные ножки Фанферлизхен», опубликованные при жизни автора, и «Петушок, Курочка и Кудахточка» (издана в 1838 году)), примыкают к поэтическому берлинскому циклу 1810—1818 годов. Одной из самых интересных его работ является и 102-строчное стихотворение «Альгамбра».

Последние годы жизни Брентано отмечены меланхолией и унынием. Он умер в 1842 году в Ашаффенбурге, в доме своего брата Кристиана.

Большая часть его стихотворного наследия была издана Эмилией Брентано, женой его брата Кристиана Брентано, и Йозефом Меркелем уже после смерти писателя.

В память о Брентано город Гейдельберг в Германии учредил в 1993 году премию имени Клеменса Брентано.