Na początku roku 1524 wojska hiszpańskie, którym towarzyszył sam Karol V, odbiły z rąk francuskich Fuenterrabię, a w kwietniu 1524 r. wojska francuskie we Włoszech zostały rozbite przez wojska cesarskie w bitwie nad rzeką Sesia (w bitwie tej zginął słynny francuski dowódca Pierre du Terrail de Bayard). Francuzi zostali powtórnie wyparci za Alpy, a wojska cesarskie przeszły na tym froncie do kontrofensywy. Karol de Burbon-Montpensier dowodząc silną armią cesarską latem 1524 r. dokonał inwazji na Prowansję, opanowując dużą część prowincji, w tym jej stolicę Aix-en-Provence; jednak nieudane oblężenie Marsylii zmusiło go do wycofania się do Włoch. Wykorzystał to Franciszek I i sam jesienią 1524 r. na czele armii francuskiej powtórnie wkroczył do księstwa Mediolanu, zajął Mediolan i przystąpił do oblężenia Pawii. Jednak 24 lutego 1525 r. Francuzi ponieśli upokarzającą klęskę w bitwie pod Pawią z idącymi na odsiecz miastu wojskami Karola V, a sam Franciszek I wzięty został do niewoli i wkrótce potem osadzony w więzieniu w Madrycie. Uwolniono go dopiero w 1526 r.