Na mocy tajnego porozumienia w Bruzolo (25 kwietnia 1610) Karol Emanuel sprzymierzył się z Francją przeciw Hiszpanii, ale po zamordowaniu Henryka IV królowa-regentka nie uznała tego pokoju. W styczniu 1617 książę otrzymał pomoc wojsk francuskich, żeby uwolnić księcia Alby, a nowy król Ludwik XIII odnowił przymierze z Sabaudią – w 1619 jego córka Krystyna Maria Burbon poślubiła syna Karola Emanuela – Wiktora Amadeusza. Jednak ponieważ Francuzi okupowali Casale Monferrato, książę sprzymierzył się również z Hiszpanią.

Kiedy kardynał Richelieu najechał Piemont i podbił Susę, książę znowu zmienił stronę i „powrócił” do Francji. Wtedy Filip IV Habsburg wysłał oddziały z Genui i Como, a Karol Emanuel ogłosił neutralność. W 1630 Richelieu posłał armię do Sabaudii, żeby przypomnieć księciu o przestrzeganiu traktatów. Francuzi zaczęli oblegać Pinerolo i Aviglianę, a sabaudzka armia (Wiktora Amadeusza) została pokonana w Valsusa.

Książę dostał silnej gorączki i zmarł nagle w Savigliano, pod koniec lipca 1630. Jego następcą został jego syn – Wiktor Amadeusz.