Excepté le Saint-Empire, toutes les monarchies européennes acceptèrent le testament de Charles II. Le 4 décembre 1700, Philippe, âgé de dix-sept ans, quittait Versailles pour Madrid où il arriva le 4 janvier.
Mais Louis XIV, dans son désir de lutter contre l’Empire, cumula des erreurs politiques laissant penser que l'Espagne allait devenir un protectorat français d’autant que Louis XIV reconnaissait les droits de Philippe V à succéder à la couronne de France. Ce fut le début de la guerre de Succession d’Espagne qui dura de 1701 à 1714.
A son terme et au prix de pertes territoriales, Philippe V fut reconnu comme roi légitime par tous les pays.
Rompant avec le système précédemment mis en place par la Maison d'Autriche et influencée par le modèle de Louis XIV, l’Etat absolutiste et centralisateur, la politique intérieure de Philippe V comporta de nombreuses réformes administratives, économiques et de l’armée. Quelles que soient leurs imperfections, ses réformes marquèrent une étape fondamentale dans l'élaboration d'un esprit national, notamment par l'imposition du castillan comme langue exclusive dans l'administration et le gouvernement, et la modernisation de l'appareil d'Etat espagnol.
Suivant l'exemple de son grand-père, Philippe V s'efforça de développer une politique artistique et culturelle, manifestation de la grandeur royale.
Néanmoins, s’il tenta de se comporter en monarque absolu, il ne le fut jamais véritablement. Sujet, à des crises de neurasthénie et de mélancolie - que sa femme, Elisabeth Farnèse, prétendait soigner en faisant venir le chanteur castrat Farinelli, Philippe V ne put, à plusieurs reprises, assumer personnellement la charge du pouvoir, périodes pendant lesquelles il se trouva le jouet de ses ministres et de ses courtisans.
Le 10 janvier 1724, il abdiqua en faveur de son fils, Louis Ier, qui mourut en août. Philippe redevint roi jusqu’à sa mort. Depuis 1713, et contrairement à la tradition espagnole qui permettait qu'une fille de roi devienne reine, telle Isabelle de Castille, il avait instauré, par la Pragmatique Sanction, la loi salique en Espagne. Au 19ème siècle, ce décret fut responsable des trois guerres civiles carlistes entre les partisans d'Isabelle II et les carlistes (partisans de Don Carlos).
Situé à 80 kilomètres de Madrid dans le village San Ildefonso, le palais royal de la Granja, ancien pavillon de chasse, fut érigé par le roi qui souhaitait y retrouver un peu du Versailles de son enfance. Il y fit construire la chapelle royale et collégiale où il souhaita être inhumé. Résidence qu’il compléta le Palais par l’édification de la chapelle royale et collégiale
Son mausolée, œuvre de Dumandre et Puthois, est aussi celui de sa seconde épouse, d’Elisabeth Farnèse (1692 - 1766), comme l’indique les deux médaillons du couple.