第三次イタリア戦争
メディチが重傷を負いピアチェンツァで療養に入ったためフランソワはミラノの駐屯軍の大半を呼び戻し、包囲軍を補強したが、パヴィアは一向に落城しなかった。2月21日、物資が尽きつつある皇帝軍はフランス軍を大軍と勘違いし、撤退経路の確保と面子のためにミラベッロ城を攻撃した。
1525年2月24日の朝早く、皇帝軍はミラベッロの城壁に穴をあけ、ラノワ軍の侵入を成功させた。ラノワはパヴィアに残留した兵士も連れ出して戦闘に参加させた。その後4時間続いた戦いでは、まず10年前のマリニャーノの戦い(英語版)で大活躍したフランス軍の重騎兵が急速に前進したが、後方で援護射撃をしている砲兵隊は誤射を避けるために一時射撃を取りやめる羽目になり、さらに皇帝軍のランツクネヒトとスペイン軍の火縄銃部隊に騎兵と砲兵を分断された。一方、皇帝軍の歩兵はスイス傭兵とフランス歩兵を敗走させた。フランス軍は多数の犠牲者を出し、ボニヴェ、ジャック2世・ド・ラ・パリス(英語版)、ルイ2世・ド・ラ・トレモイユ、リチャード・ド・ラ・ポール(英語版)は戦死、モンモランシー、ロベール3世・ド・ラ・マルク、ナバラ王エンリケ2世、そしてフランソワ1世自身は捕虜となった。その夜、フランソワは母への手紙をラノワに託した。手紙の内容には「余の残りの不幸がどう進行しているかをお知らせする次第です。全てを失ったが、誇りと命だけは安全だ。」とある。そのすぐ後、フランソワはさらに衝撃を受けた。ナポリに送ったオールバニ公の軍勢は脱走などで兵士の大半を失い、ナポリに到着することなくフランスへ帰還したのであった。結局、イタリアのフランス軍はスフォルツェスコ城を守る小部隊以外はアランソン公シャルル4世の指揮下、アルプスを越えてフランスへ帰還、3月にはリヨンに着いた。
フランソワはカールと直談判すれば解放されるとの確信を持って、ペスカーラとラノワにナポリのヌオヴォ城(英語版)ではなくスペインで幽閉されることを求めた。ブルボン公の陰謀が気がかりだった二人は同意して、6月12日にフランソワをバルセロナへ護送した。
フランソワははじめバレンシアの近くのベニサノ(英語版)で囚われていたが、イタリアの反乱を危惧するモンモランシーとラノワの強い要請に推されたカールはフランソワをマドリードに移動させた。しかし、カールはフランソワが条約を受諾するまで面会しない、と強い拒否を示した。 一方、フランソワ1世と同じくパヴィアの戦いで捕虜となりマドリードで囚われていたナバラ王エンリケ2世は脱出した。彼は帰国したがスペインのナバラ侵攻が続き、カールがバス=ナヴァールの南端を占領した。
カールはフランソワ1世に対し、ロンバルディアだけでなくブルゴーニュとプロヴァンスの割譲も求めたが、フランソワは「フランスの法律では、フランス王冠領を高等法院の許可なく放棄することは許されない」と強弁し、また高等法院は許可を下さないだろうと予想した。
9月、フランソワは重病になった。彼の姉はマルグリット・ド・ナヴァルは看病のためパリからスペインまで急行した。フランソワ1世を診察した帝国の医者たちは皇帝に受け入れられなかった悲しみから病気になったとし、カール5世にお見舞いするよう求めた。