Во время войны за польское наследство (1733—1738) Карл Эммануил выступил на стороне Франции. Он рассчитывал расширить своё государство за счёт территорий соседнего Миланского герцогства. По туринскому соглашению 1733 года Франция признавала за Сардинией такое право в обмен на помощь в войне. Сардинские войска с минимальными потерями оккупировали западную Ломбардию и осадили миланскую крепость. Затем объединённые франко-сардинские войска под командованием Карла Эммануила нанесли австрийской армии поражения при Парме и Гвасталле. Итогом войны стал Венский мирный договор, по которому Сардиния получила австрийскую часть Миланского герцогства (Новару и Тортону).