Acabei de recriar a partição por trás do LVM usando o fdisk. Aqui está o meu incrível script que funciona nos servidores do CentOS 6/7:
ssh root@vmip "fdisk /dev/vda << EEOF
d
2
n
p
2
$firstpartborder
t
2
8e
w
EEOF" >> /dev/null 2>&1
echo
echo "-------- Rebooting VM to Sync Disks ----------"
ssh root@$vmip "reboot"
echo "------ Waiting for the VM to come back up ----"
sleep 20
echo "--------Extending LVM to fill disk -----------"
ssh root@$vmip "pvresize /dev/vda2; lvextend -r -l +100%FREE $lvmname; " > /dev/null 2>%1
firstpartborder é o primeiro setor da partição original. Isso é muito importante, pois isso estava quebrando meus esforços iniciais.
Espero que isso ajude alguém com problemas semelhantes.