В июле 1632 года Франческо и Маттиас отправились к театру военных действий. После встречи с императором в Вене, они прибыли в лагерь имперской армии под Нюрнбергом. 16 ноября 1632 года братья впервые участвовали в сражении — битве при Лютцене. Встретив принцев с воодушевлением, Валленштейн вскоре стал относиться к ним отрицательно. Причиной тому было недовольство генералиссимуса недостаточным участием великого герцогства Тосканского в снабжении имперской армии. Сначала он отказался предоставить военные звания соответствовавшие происхождению принцев. Затем, желая избавиться от присутствия в действующей армии Франческо и Маттиаса, в июле 1633 года совсем отобрал у них командование над полками. Как считали сами принцы, причиной такого отношения к ним со стороны генералиссимуса было то, что, находясь при имперском дворе, они говорили о возможном предательстве Валленштейна. В феврале 1634 года в письме к великому герцогу Франческо и Маттиас попросили разрешение покинуть имперскую армию, опасаясь за свои жизни, если обвинение генералиссимуса в предательстве подтвердятся. Старший брат удовлетворил их просьбу, и в том же месяце они покинули театр военных действий и прибыли в .