Later nam hij deel aan de Oorlogen van Castro, waarin Francesco een verdrag sloot met Venetië, Parma en Florence tegen Paus Urbanus VIII, met als doel om Ferrara terug te winnen van de Kerkelijke staat. De oorlog eindigde op 31 maart 1644, zonder dat Francesco ook maar iets had gewonnen of gekregen. Toen er opnieuw geen steun kwam vanuit Spanje, sloot Francesco een verdrag met Frankrijk dankzij de hulp van kardinaal Jules Mazarin. Toen hij echter faalde om Cremona te veroveren, en toen ook de Dertigjarige Oorlog niet voordelig eindigde voor Modena en wel voor Spanje, zocht Francesco een overeenkomst met Spanje. Later sloot Francesco weer een verdrag met Frankrijk, door zijn zoon en erfgenaam, Alfonso, te laten trouwen met Laura Martinozzi, een nicht van kardinaal Mazarin.