Vaaliruhtinas Fredrik V:n (1610–1623) hallituskausi alkoi hohdokkaasti hänen naituaan Elisabeth Stuartin, Englannin kuninkaan tyttären. Häntä varten Fredrik rakennutti Heidelbergin linnan yhteyteen kuuluisan Hortus Palatinus -renessanssipuutarhan. Kolmikymmenvuotisen sodan alettua Fredrik, joka tuolloin oli evankelisen unionin johtaja, antoi kruunata itsensä Böömin kuninkaaksi vuonna 1619, mutta jo vuotta myöhemmin katolisen Saksan keisarin joukot löivät hänet Valkeavuoren taistelussa. Kolmikymmenvuotisen sodan sekasorroissa katolinen liiga valtasi Heidelbergin vuonna 1622. Sodan loppuajan Heidelberg oli Baijerin miehittämänä, lukuun ottamatta pientä aikajaksoa Ruotsin lyhytaikaisesti vallattua kaupungin vuonna 1631. Baijerin herttua Maximilian I lahjoitti paavi Gregorius XV:lle Heidelbergistä ryöstämänsä kuuluisan palatiinikirjaston, joka tähän päivään asti sijaitsee Vatikaanin kirjastossa. Kun kolmikymmenvuotinen sota loppui Westfalenin rauhaan vuonna 1648, vaaliruhtinaat saivat Kurpfalzin takaisin, joskin he menettivät paljon poliittisesta vallastaan.