Veuve après cinq mois de mariage, elle convola avec François, l’un des fils d’Anne de Montmorency. De nouveau veuve, elle refusa dorénavant tout mariage.
Diane parlait à merveille l’italien, l’espagnol et le latin, connaissait la musique et, selon Brantôme : « il n’était pas possible que jamais dame ait été mieux à cheval ».
Elle aimait passionnément la chasse et y accompagnait souvent son demi-frère, Charles IX, qu’elle amusait par son humeur joviale. Elle s’intéressait aussi à la liaison de Charles avec Marie Touchet et au fils né de leurs amours, Charles de Valois.
Décidément parfaite, après l'exécution sommaire du duc de Guise et de son frère le cardinal de Guise, Diane ne fut pas étrangère à la réconciliation entre Henri III et le futur Henri IV qui : « croyant plus en sa parole qu’en mille pages d’écriture », avait en elle la plus grande confiance.
Après avoir connu sept rois de France, Diane mourut fort tranquillement dans sa demeure, l'hôtel d'Angoulême Lamoignon, qu’elle avait fait édifier à partir de 1584, que l’on comparait à « un gynécée de pudeur ».
Inhumée dans la chapelle Notre-Dame de Bonsecours (ou d’Angoulême) du couvent des Minimes de la place Royale, près de son domicile, il ne reste de son mausolée, œuvre de Thomas Boudin (1570-1637), que le priant conservé à la Bibliothèque Historique de la Ville de Paris, ancien hôtel d’Angoulême Lamoignon.