Già prima del rientro in Piemonte aveva inviato una legazione permanente a Venezia, con la quale i Savoia avevano interrotto le relazioni alla fine del Quattrocento a causa delle loro rivendicazioni sul Regno di Cipro. Venezia quindi stabilì in Piemonte un'ambasciata regolare e durante il governo di Emanuele Filiberto ben sette ambasciatori si alternarono a Torino, lasciando nei loro dispacci e nelle loro relazioni una ricchissima descrizione del paese, del governo del duca e della sua personalità. L'attenzione di Emanuele Filiberto verso Venezia fu costante e due volte fece visita alla città, nel 1566 e nel 1574, ottenendone il patriziato. Addirittura il Duca volle che la Repubblica facesse da madrina al battesimo del principe Carlo Emanuele nel 1567. In occasione della Lega santa, che portò alla vittoria di Lepanto, le tre galere sabaude parteciparono alla campagna all'interno della flotta veneziana.