Итальянские войны
Карл V обещал её руку коннетаблю Бурбону в награду за его измену Франциску I, но намерения императора изменились после его победы при Павии, и одним из первых условий мира в Камбрэ (1529) стало заключение брака между королем Франции Франциском I и Элеонорой. Есть свидетельства современников, что сама Элеонора загорелась сочувствием к Франциску, попавшему в плен к её брату, и захотела стать его женой, уговорив брата смягчить условия мира с Францией. 4 июля 1530 года она вышла за него замуж. Этот брак был не более счастливым, чем предыдущий. Франциск открыто предпочитал жене нескольких любовниц, французы в целом были настроены против Габсбургов, и между её супругом и её братом возобновилась война (см. Итальянские войны); детей у супругов не было. Брантом пишет, что королева якобы в интимной жизни находила отдохновение в объятиях своих придворных дам.