Doch mit Venetien und dem mittelitalienischen Kirchenstaat fehlten noch bedeutende Territorien, um die Einigung des Landes zu vervollständigen. Nach einer Geheimallianz mit dem preußischen Ministerpräsidenten Otto von Bismarck kam es 1866 erneut zum Krieg gegen Österreich (Dritter Italienischer Unabhängigkeitskrieg). Obwohl die italienischen Truppen auf dem Schlachtfeld nicht erfolgreich waren, annektierte Italien nach dem preußischen Sieg von Königgrätz und dem Frieden von Wien Venetien. Vier Jahre später nutzte Viktor Emanuel die Gunst der Stunde, als Napoleon III. nach Ausbruch des Deutsch-Französischen Krieges seine Schutztruppen aus dem Kirchenstaat abzog und so den Weg für den Einmarsch der Italiener freimachte. Am 20. September 1870 besetzten die Truppen Viktor Emanuels nahezu kampflos Rom und Italien annektierte das Territorium des Kirchenstaates. Im Folgejahr erklärte der König die "„Ewige Stadt“" zur neuen Hauptstadt und bezog im Palazzo del Quirinale Residenz. Diese Maßnahmen führten zu einer jahrzehntelangen Auseinandersetzung des Hauses Savoyen mit dem Heiligen Stuhl, in dessen Verlauf Viktor Emanuel vom Papst sogar exkommuniziert wurde (Römische Frage).