天启元年(1621)四月，辽阳覆没，朝廷决定设置一名天津巡抚，专门整顿海防，让自严改官右佥都御史前往上任。到任后，自严建立了水军，修造战船，装备武器。等熊廷弼提出三方布署兵力的策略后，天津是其中一个方面，所以增设了镇海等兵营。自严运用戚继光传下的办法，让水军先训练陆战，因此他的部队很可用。魏忠贤派锦衣千户刘侨来逮捕天津被罢了官的将领，自严用他们没有皇上的批示为由上书批评忠贤，熹宗回复说知道了。从各地征来的士兵天天逃跑，朝廷采纳自严的建议，吸收士兵的家属来补入部队。兵部主事来斯行有军事才略，自严请让他当了自己的监军，山东的白莲妖贼起来作乱，自严让斯行率领五千兵力前往平定，功劳很大。
早先，万历四十六年(1618)时，辽东用兵，朝廷决定开通登州、莱阳的海运。第二年二月特设户部侍郎一人兼右佥都御史，前去总督辽东兵饷。到这时李长庚提升了，朝廷就命令自严接任。评定他以前平定贼寇的功劳，朝廷把他提升为右都御史兼户部左侍郎。当时朝廷决定废除天津巡抚，让督饷侍郎兼领巡抚事务，就把它一并交给了自严。朝廷又决定要讨伐朝鲜，自严说不能立即讨伐它，应当等它请求上贡，表示忠诚，为我们的东征效力，现在只要慢些答应给它加封就是了。京师几次发生地震，自严借此上书讲出自宫廷里的批答应当慎重，加恩于臣下应该有所节制，对人才应该爱惜，宫廷里的操练应该停止，话说得很切实。自严在职几年，对军饷全面核算，注意减省，公私两方都靠着他受益匪浅。
五年，自严以右都御史的身份掌管了南京都察院。第二年正月里就原地改官任户部尚书。忠贤决定卖掉南京太仆寺牧马的草场来资助修殿工程。自严坚持不同意，就请病假回乡去了。
崇祯元年(1628)，召自严当了户部尚书。自严因为财政支出极为困难，请清查拖欠的田赋，开垦屯田，严格成绩考评，裁减多余的士兵，停发蓟州、密云、昌平、永平四镇新增加的二十二万两盐菜银，庄烈帝都批示同意了。二年三月，自严上书说：
“各边镇往年的例子，除辽饷外，其他军饷是三百二十七万八千多两银子。现在蓟州、密云等镇省下三十三万，还应付出二百九十四万八千。统计京边每年收入的数字，田赋是一百六十九万二千，盐课是一百一十万三千，关税是十六万一千，杂税是十万三千，事例约二十万，总共是三百二十六万五千多两。可是历年拖欠，一年中实际收入不满二百万，就是全部充作边饷也没有赢余。可是京城支取的各项费用每年是八十四万，辽东提塘费用三十多万，蓟州、辽东抚赏费用十四万，辽东旧饷改新饷增加的是二十万，支出大于收入，已达一百十三万六千两。况且还有供给宫廷召买的费用，宣府、大同的抚赏金以及一切不时之需，也有超出常额的情况。请陛下传令廷臣，让大家就财政收支问题各陈己见！”
于是廷臣争着提出各自的主张，自严选择其中可行的办法，先列出十二条意见交上，分别是增卖盐引，讨论铸造钱币，集中各项杂税，清查不缴租的田亩，征收寺庙产业税，核定牙行税率，停止修建仓库，停止维修、兴建公署，增收南京的马匹协办税、崇文门店铺税，调整京运拨兑比率、板木折价比率。后来又列了十二条意见，分别是增加关税、捐献公费、出卖生祠、重定市税、裁减冗役、清查虚冒、加收赎罪款、班军折银、吏胥纳班银、出售河滨滩荡、京东水田、殿工冠带。庄烈帝都予以批准执行。
庄烈帝又命令编定《赋役全书》，自严说：“《全书》的编写，是从实行一条鞭法开始的，距今已经四十五年了。有同一条规定而现在多那时少的，它的弊病是混派；官府听凭奸吏随意瓜分，它的弊病是花派。对此应当大力整顿。”进而做出八条规定呈请，庄烈帝就命令颁布全国。
给事中汪始亨极力批评当时盗取屯粮损失军饷的弊端。自严说：“这个问题相沿已久，难于核实。请无论军种民种，一律照民田征收田赋！”庄烈帝同意了他的意见。在此之前，魏忠贤乱政，边饷多缺，自严这时却按期供应。自严还曾经上书说：“最浪费钱财的莫过于客兵的银饷。各边镇每年的例额总共是三百二十七万两，客兵的银饷就占了三分之一，应该狠心把它减下来。其次就是抚赏、召买、修筑等费用，都不能不节省。”庄烈帝以赞扬的口气接受了。
这年冬天，京师受到攻打，庄烈帝忧劳国事，半夜里能发出几道圣旨过来。自严做出的回答毫无迟疑，不敢放下心来睡觉，因此脑袋、眼睛都肿了，幸好没有什么缺少的东西。第二年夏天，他以六条罪过自我批评，请求离职，庄烈帝好心地加以安慰、挽留。以前因为考满自严已加官太子少保，现在朝廷评定遵化、永平战胜敌人得到收复的功劳，又给他加官为太子太保。
兵部尚书梁廷栋请加收全国的田赋，自严没能加以制止。于是除原先增加过的五百二十万之外，又加收一百六十五万多，天下百姓更加困耗了。后来自严就当时政务提出了十条意见，主旨是为了利民，庄烈帝都采纳了。又因为兵饷一天天增加，自严几次请求加以清查，可是兵部及总督、巡抚大都把这件事给搁在一边。自严又请求裁减内地用不着的军队，庄烈帝就传令严加整顿，但是并不能全面推行下去。
御史余应桂弹劾自严在殿试读卷时推荐陈于泰为第一。于泰是辅臣周延儒的儿女亲家。自严称病请求退休，书上了四次，庄烈帝不同意。当时朝廷有令，县令要报请吏部升用时，户部要先核算他的钱谷征收情况。华亭知县郑友元已经入朝当上御史，以前担任青浦知县时欠收二千九百两金花银。庄烈帝向户部质问这件事，自严说友元已经交了十分之七存在太仓里。庄烈帝让管仓库的人核实，没有，就怒气冲冲地批评自严。自严转弯抹角地辩解，庄烈帝更恼了，就把他打入监狱，又派使者去逮捕友元。御史李若谠上书论救，庄烈帝不听。过了一个月，给事中吴甘来又抗章论救，庄烈帝才把他释放出来。八年(1635)五月，朝廷评定四川平贼的功劳时，恢复了自严的官籍，让他退休了。又过了三年，自严去世，朝廷按规定给他赐以恤典。