Etter farens seier i ble Frederik valgt som tronfølger med tittel prins av Danmark i 1536. Da faren døde i 1559 underskrev Frederik håndfestningen og besteg tronen som konge av Danmark-Norge. Fra sin tid som kronprins på Malmøhus, hadde han vært forelsket i adelsdamen Anne Hardenberg, men oppga omsider tanken om et forhold etter press fra familie og adel. I 1572 giftet han seg i stedet med sin 15-årige kusine Sophie, som var 23 år yngre. Hun døde i 1631.