In 1628 ging hij studeren aan het "Collegium illustre" in Tübingen. Wegens de dreiging van de Dertigjarige Oorlog werd hij in 1630 op grand tour gestuurd. Frederik reisde via Straatsburg, Bazel en Montbéliard naar Lyon, waar hij zijn reis wegens een zware koortsziekte moest onderbreken. Na zijn genezing reisde hij verder door Frankrijk, Italië en Engeland. Toen Frederik vernam dat Württemberg na de protestantse nederlaag in de Slag bij Nördlingen was bezet door keizerlijke troepen, reisde hij eind 1634 naar het Deense koninklijk hof, waar hij verwelkomd werd door zijn oom, koning Christiaan IV van Denemarken. In 1637 reisde Frederik naar Wenen, om bij keizer Ferdinand II de teruggave van Württemberg aan zijn broer Everhard III te bereiken. De keizer bood hem aan zelf hertog van Württemberg te worden, op voorwaarde dat hij zou bekeren tot het katholicisme, maar dat weigerde hij.