Jego ojciec był ministrem Ludwika XIV. Franciszek od 1662 był jego pomocnikiem, poznając w tym czasie dość dobrze organizację i problemy francuskiej machiny wojennej, a od 1666 był już faktycznym kierownikiem ministerstwa wojny. Bardzo szybko młody markiz de Louvois wszedł w łaski króla Ludwika XIV i w 1668 zastąpił ojca na stanowisku ministra wojny. Podniósł liczebność armii, dzięki czemu za jego rządów armia francuska licząca ponad 400 tys. żołnierzy mogła stawić czoło koalicji mocarstw europejskich w czterech wojnach w okresie od 1667 do 1713.

Jego przywódcze talenty dały się pokazać w wojnie dewolucyjnej (1667–1668). Po pokoju w Aix-la-Chapelle, Louvois postanowił zreorganizować i unowocześnić francuską armię, co mu się skutecznie udało – przezbroił piechotę w karabiny skałkowe z bagnetem, wprowadził magazynowy system zaopatrzenia wojsk, zakładał liczne szkoły artyleryjskie i inżynieryjne, wspierał fortyfikacyjne projekty Vaubana. Jego zaangażowanie dało zwycięstwo w wojnie 1672–1678. Po pokoju w Nijmegen Louvois znalazł się w najwyższych łaskach Ludwika XIV, a jego ojciec został mianowany kanclerzem Królestwa. Za jego rządów zdobyto dla Francji Strasburg i unieważniono edykt nantejski.