El 28 de mayo de 1629 fue nombrado por su hermano, el gran duque Fernando II de Médici, gobernador de Siena, puesto vacante por la muerte de su tía Catalina de Médici, el 17 de abril de ese año. El príncipe llegó a la ciudad el 26 de agosto estableciéndose en el entonces palacio Petrucci en la "Piazza del Duomo", pero lo abandonó en 1631 para acompañar a Austria a su madre y a su hermano Francisco: junto a este último, por orden del gran duque, combatió al lado de los Habsburgo en la tercera fase de la Guerra de los Treinta Años. Tomó parte, el 16 de octubre de 1632, en la famosa Batalla de Lützen, donde se encontró con el famoso militar sienés Ottavio Piccolomini.