В 1569 году, за три года до смерти, Козимо добился от папы Пия V титула великого герцога Тосканы. Закончилась эра герцогства Флорентийского, началась эпоха герцогства Тосканского. Еще в 1564 году Козимо договорился с предыдущим папой Пием IV об этом титуле, но ждали одобрения нового императора Максимилиана II, на сестре которого герцог поспешил женить своего сына. Таким образом Козимо и Максимилиан породнились, но прошло еще четыре года, пока тот дал свое согласие. Тем временем умирает Пий IV, и приходится договариваться с новым понтификом, которым стал Антонио Микеле Гизлиери под именем Пий V. Новый папа был суровым и аскетичным человеком, боролся с протестантизмом и не одобрял любую другую веру. При нем инквизиция безоговорочно приводила в исполнение соборные постановления, изгоняла епископов-карьеристов, бродячих монахов и неповоротливых приходских священников. Пий V никогда не смягчал приговоров церковных судов, разрешал пытки и тяжкие наказания. Понтифик поставил Козимо I условие: ты построишь во Флоренции еврейский квартал и переселишь туда всех иудеев, которые живут в городе.
Надо сказать, что евреев во Флоренции было много. Они приезжали в Тоскану отовсюду, где были гонения, под крыло герцога Медичи. Козимо ценил их деловую хватку и талант банкиров, ему было выгодно вести с ними дела. Но условие есть условие, и его надо было выполнять. Так во Флоренции появился еврейский квартал, который построили между центральным продуктовым рынком и площадью кафедрального собора Санта-Мария дель Фьоре. Этот район был обнесен толстыми стенами с двумя воротами: одни вели на рынок, вторые – на центральную улицу, соединяющую Старый мост и площадь собора Санта-Мария дель Фьоре. На ночь эти ворота наглухо закрывали, а все жители квартала должны были успеть вернуться туда до наступления темноты. Еврейский квартал разрушили только в 1865 году, когда Флоренция стала столицей Италии и в городе была своеобразная «перестройка». Евреи вновь расселились по всему городу и была построена новая синагога, зеленый купол которой украшает панораму Флоренции.
Торжественная коронация Козимо I Медичи как великого герцога Тосканского состоялась 5 марта 1569 года по старому флорентийскому календарю, когда Новый год начинался 25 марта. Его короновал папа Пий V в присутствии многочисленной римской и флорентийской знати. На Козимо была надета мантия из горностая, в руках новый великий герцог Тосканский держал скипетр и державу. В честь этого события была отлита новая золотая корона, один из зубчиков которой был украшен флорентийским ирисом. Таким образом он чувствовал себя новым «Карлом Великим», которого коронует новый «папа Лев III». К сожалению, его любимая супруга Элеонора Толедская не дожила до этого момента и не получила титул великой герцогини Тосканской. Козимо был бы не против стать и королем, но для человека незнатного происхождения это было невозможно.
Конец жизни и смерть
Уже в 1564 году Козимо передал большую часть дел сыну Франческо – после смерти жены он сильно сдал и пребывал в депрессии. К тому же его мучила наследственная болезнь Медичи – подагра. Раньше Козимо всегда следил за своим здоровьем: он рано вставал, занимался каждый день физическими упражнениями, поднимал тяжести, много ездил верхом, летом плавал в реке Арно и соблюдал строгий распорядок дня. После того как ему исполнилось 40 лет, на него посыпались беды: один за другим умирали дети, в 1562 году ушла из жизни любимая жена. Козимо сдал, стал мягче характером и много заботился об оставшихся детях. Его брак с Камиллой Мартелли обернулся катастрофой: милая и заботливая любовница превратилась в сварливую и капризную жену. Здоровье герцога было подорвано апоплексическим ударом, от которого его практически парализовало, и он потерял речь.
Великий герцог Козимо I Медичи скончался 21 апреля 1574 года в возрасте 54 лет. Он был еще не старый мужчина, только полтора месяца не дожил до своего 55-летия. Правление Козимо как герцога Флоренции и великого герцога Тосканы продолжалось 37 лет – больше, чем всех его предшественников на тот момент. В этом его превзойдет его потомок Козимо III Медичи, который будет править 53 года. Он был похоронен в базилике Сан-Лоренцо одетым в горностаевую мантию, с золотой короной, шпагой, орденом Золотого руна, которым герцог очень гордился, и с крестом магистра ордена Святого Стефана Мученика.
Козимо I много сделал для своего маленького государства, для развития искусства и науки, для постройки новых зданий и ремонта старых. Он значительно пополнил коллекцию Медичи новыми произведениями искусства и научными инструментами, этрусскими, римскими и египетскими артефактами. Герцог разыскал и выкупил некоторые украденные или проданные сокровища из коллекции своих предков и вернул их обратно во Флоренцию. Для своего народа Козимо I был новым Pater Patriae – отцом Отечества, как и его тезка Козимо Старший Медичи.