Outre ses réels mérites, il était en grande faveur auprès de Marie de Médicis dont il fut nommé capitaine des gens d’armes avant d'être lieutenant général des Trois-Évêchés et gouverneur de la Citadelle de Metz. En 1629, il commandait l’armée de Champagne et, la même année, Louis XIII le faisait maréchal de France.
Le 10 novembre 1630, Louis était nommé chef de l’armée d’Italie, par décision du conseil. Le lendemain, c’était la journée des Dupes : contre toute attente, Louis XIII réitérait sa confiance à Richelieu, éliminait ses adversaires politiques et contraignait sa mère, Marie de Médicis, à l'exil. Dans la foulée, Michel de Marillac était aussi exilé brutalement.
Richelieu trouvait nécessaire de faire un exemple pour décourager d’éventuelles rebellions. Louis, qui avait toujours conspiré contre le cardinal, était l’homme idéal de la situation.
Par lettre de cachet, Richelieu le fit arrêter au milieu de ses hommes au camp de Folizzo en Italie (22 novembre).
Enfermé dans la citadelle de Verdun, ramené à Paris, accusé de concussion, il demanda à être jugé par la grand-chambre du parlement ce qui était son droit : c’était aussi sa seule chance de sauver sa vie. Le roi rejeta cette requête et malgré les protestations du Parlement, Louis fut traduit devant un tribunal d’exception dès septembre 1631.
Après de nombreux atermoiements et quelques changements parmi les membres de la commission…Richelieu obtint enfin la tête de son exemple qui subit dignement son supplice sur la place de Grève.
Richelieu avait oublié un détail ; il fallait autre chose qu’une exécution « pour l’exemple » pour taire les haines à son encontre et les complots. L’ennemi veillait…
Louis de Marillac fut inhumé dans la chapelle Sainte-Madeleine du couvent des Feuillants du Faubourg Saint-Honoré où reposait sa femme, Catherine de Médicis († 1631), une des demoiselles d’honneur de la reine mère de parenté très éloignée.
De leur mausolée ne furent conservés qu’un bas-relief en plomb, représentant Minerve soutenant le portrait en médaillon du maréchal, et son épitaphe qui furent confiés au musée de Versailles.