淳熙三年丙申（1176年），蔡元定陪同朱熹回到老家婺源，這是朱熹第二次回到老家，第一次是在進士及第后的紹興十九年（1149年），朱熹回到陌生而向往的故鄉，向列祖列宗的英靈報告喜訊。

第二次回老家，一路上，朱熹與蔡元定反復研讀《近思錄》，探討學問，交流心得，彼此受益良多。朱熹在給呂祖謙的信中提到“道間與季通講論，因悟向來涵養功夫全少，而講說又多強探必取、尋流逐末之弊，推類以求，眾病非一，而其源皆在此。恍然自失，似有頓進之功。若保此不懈，庶有望于將來。然非如近日諸賢所謂頓悟之機也。”充分討論為人治學之修養問題，相互砥礪。四月二十一日，師生二人到達婺源，朱熹與擅長風水的蔡元定奔走山間，尋訪祖墓故地，征詢蔡元定的意見，又通過地方官恢復修葺了婺源始祖的墓園。

第二次回到故里的朱熹，一直逗留到了六月初才返閩。期間，朱熹在參觀完縣學之后，作了《徽州婺源縣學藏書閣記》，提到：“熹故邑人也，而客于閩，茲以事歸，而拜于其學。”此時，身處婺源的朱熹，雖出生在福建，但內心深處依然把福建作為他的客居地。宋代的程敏政在《送朱子裔孫楙序》中云：“‘聞知長老，淳熙中文公歸展祖墓，慨然思返其故廬。因挾西山蔡元定與俱。蔡氏雖精于堪輿之說，而實則閩產，力勸文公返閩。'則先生平日惓惓于新安之山水可知也。”面對動人的新安山水，朱熹已作出回到婺源祖居的決定。朱氏三代客居福建，思念故里，其情可憫。但是，若朱熹留居祖籍，其學術走向，必為另一景況。一同前往的蔡元定力勸朱熹，蔡元定的確是朱熹最值得信賴的人，朱熹最終返閩。此后，蔡元定也以自己的實際行動相伴朱熹左右，并因此而舉家從麻沙遷至莒口后山，以方便照顧朱熹。朱熹也最終將生命的歸宿托付給了建陽這片山水。

淳熙二年（1175年），朱熹離開寒泉精舍重歸五夫紫陽樓，其中一個十分重要的原因就是需要照顧罹患重病的夫人劉清四，她是朱熹的老師劉勉之的長女，淳熙三年（1176年）十一月十三日病逝于五夫紫陽樓。淳熙四年丁酉（1177年）二月，朱熹在蔡元定的陪同勘察下，選擇建陽嘉禾里（今黃坑鎮）唐石之大林谷，協助朱熹葬其夫人劉氏于此，朱熹后來亦以此安息地。明代的戴銑在《朱子實錄》中載：“太師徽國文公朱子墓在建陽嘉禾里唐石之大林谷九頓峰下。按其地名又名龍歸后塘，乃朱子與蔡元定所卜，風吹羅帶形。”

期間，協助朱熹撰成《周易本義》。并與朱熹數書往返，討論“遷善改過”、“養浩然之氣”。朱熹在《答蔡季通》中云：“為賢者慮之，恐只中甚自愧，便是病根。不若從此痛自斬絕，毋以此等為愧而深求可愧之實，不必更為月攘之計，以俟來年，庶乎于遷善改過有日新之功，而胸中之浩然者無所不慊而日充矣。如其不然，則平日講論徒為虛語，臨事之際，依舊只是平日氣習、世俗常情，某實懼焉。三復來書，竊意方當落筆之時，天下之義理皆小，而此事獨大也。不然，何其與平日講論之言殊不相似也？以左右之高明，區區常竊愛慕，深不欲其如此，故竭底蘊。幸熟察而深思之，則不惟某之幸，實朋友之幸，吾道之幸也。昨日讀通鑒，至班固論郭解有溫良泛愛絕異之資而不入于道德，以至于殺身亡宗處，方為之掩卷太息，以為天理人欲之間毫厘一差，其為禍福之不同乃至于此。”

淳熙五年戊戌（1178年），蔡元定與朱熹等學友游云谷并賦詩。

宋孝宗淳熙六年（1179年）正月二十五日，五十歲的朱熹扶病離開五夫起程赴任江西南康知軍，南康軍管轄星子、都昌、新昌三縣，軍治所設在星子縣，其背負廬山。朱熹在南康任職期間，著力修復業已荒廢的“四大書院”之一的白鹿洞書院。淳熙七年庚子（1180）春，蔡元定前往江西南康看望朱熹，與朱熹、汪清卿等游廬山，題刻紀游于落星寺。并在白鹿洞書院聆聽朱熹講學。

淳熙八年辛丑（1181年），蔡元定和朱熹等人應劉甫邀請游武夷山北水簾洞，刻石紀游。這年，著名理學家呂祖謙去世。

淳熙九年癸巳（1182年），協助朱熹撰成《太極圖說解》、《通書解》。

淳熙十年癸卯（1183年）四月，協助朱熹在武夷山五曲建成武夷精舍，隨朱熹講學于武夷精舍。蔡元定的兩個兒子蔡淵、蔡沉，潭陽七賢中的黃干、劉爚、游九言也來到武夷精舍受學于朱熹。

武夷精舍后來得到朱熹三子朱在、孫朱鑒的相繼修葺與擴建，改名為紫陽書院，元至正二十五年（1365年），書院火毀。明正統十三年（1448年），朱熹八世孫朱洵、朱澍復建，改稱為朱文公祠，主祀朱熹，以蔡元定、黃干、劉爚、真德秀配享。