Карл послал немецкую армию под командованием Георга фон Фрундсберга и маркиза Пескары, чтобы атаковать французов под Павией. Плохая тактика свела на нет французскую артиллерию, а ручное огнестрельное оружие испанцев стало посмешищем для швейцарских пик; французская армия была почти уничтожена в одном из самых решительных сражений в истории (24–5 февраля 1525 года). Франциск вел себя галантно: пока его войска отступали, он бросился вперед в ряды противника, устраивая королевскую резню; его лошадь была убита под ним, но он продолжал сражаться; наконец, совершенно измотанный, он не мог больше сопротивляться и был взят в плен вместе с несколькими своими капитанами. Из палатки среди победителей он написал своей матери послание, которое так часто цитируется наполовину: «Все потеряно, кроме чести и моей шкуры, которая цела». Карл, который в это время находился в Испании, приказал отправить его в качестве пленника в замок под Мадридом.
Милан вернулся к императору. Вся Италия чувствовала себя в его власти, и одно итальянское государство за другим давало ему разнообразные взятки за разрешение продолжать существование. Климент, опасаясь вторжения императорской армии и революции против Медичи во Флоренции, отказался от французского союза и подписал договор (1 апреля 1525 года) с Шарлем де Ланнуа, вице-королем Неаполя от имени Карла, по которому папа и император обязывались оказывать друг другу взаимную помощь; император будет защищать Медичи во Флоренции и примет Франческо Марию Сфорца в качестве императорского наместника в Милане; папа заплатит Карлу, за прошлые обиды и будущие услуги, 100 000 дукатов (1 250 000 долларов?),27 которые были крайне необходимы для имперских войск. Вскоре после этого Климент стал потворствовать заговору Джироламо Мороне с целью освободить Милан от императора. Маркиз Пескары раскрыл его Карлу, и Мороне был заключен в тюрьму.
Карл относился к пленному Франциску с кошачьей медлительностью. Смягчив его почти одиннадцатью месяцами учтивого заключения, он согласился освободить его на невыполнимых условиях: король должен отказаться от всех французских прав, действительных или предполагаемых, на Геную, Милан, Неаполь, Фландрию, Артуа, Турень, Бургундию и Наварру; Франциск должен снабдить Карла кораблями и войсками для экспедиции против Рима или турок; Франциск должен жениться на сестре Карла Элеоноре; и король должен отдать Карлу своих старших сыновей — десятилетнего Франциска и девятилетнего Генриха — в качестве заложников за выполнение этих условий. По Мадридскому договору (14 января 1526 года) Франциск согласился на все эти условия с торжественными клятвами и мысленными оговорками. 17 марта ему было разрешено вернуться во Францию, оставив вместо себя в качестве пленников своих сыновей. Прибыв во Францию, он объявил, что не намерен выполнять обещания, данные под принуждением; Климент, опираясь на каноническое право, освободил его от клятв; И 22 мая Франциск, Климент, Венеция, Флоренция и Франческо Мария Сфорца подписали Коньякскую лигу, обязуясь вернуть Франции Асти и Геную, отдать Сфорце Милан в качестве французской вотчины, вернуть каждому итальянскому государству все его довоенные владения, выкупить французских пленников за 2 000 000 крон и отдать Неаполь итальянскому принцу, который будет платить королю Франции ежегодную дань в 75 000 дукатов. Императору сердечно предлагалось подписать это соглашение; если он откажется, новая Лига предлагала вести с ним войну до тех пор, пока он и все его войска не будут изгнаны из Италии.28
Карл осудил Лигу как нарушающую священные клятвы Франциска, а также договор, который Климент подписал с Ланнуа. Не имея возможности самому отправиться в Италию, он поручил Гуго де Монкаде вернуть Климента дипломатическим путем, а в случае неудачи — поднять против папы революцию среди Колонны и римского населения. Монкада прекрасно выполнил свою миссию: он привел Климента к полюбовному соглашению с Колонной, убедил папу распустить охранявшие его войска и позволил Колонне продолжить организацию заговора с целью захвата Рима. Пока христианство упражнялось в вероломстве и войне, турки под командованием Сулеймана Великолепного разгромили венгров при Мохаче (29 августа 1526 года) и захватили Будапешт (10 сентября). Климент, встревоженный тем, что Европа может стать не только протестантской, но и магометанской, объявил кардиналам, что подумывает лично отправиться в Барселону, чтобы умолять Карла заключить мир с Франциском и объединить силы против турок. Карл в это время снаряжал флот, целью которого, как говорили в Риме, было вторжение в Италию и свержение Папы.29