Sous son règne, la Lorraine connut un brillant essor politique, économique et culturel. Ce fut une terre d’élection de la Contre-réforme avec le développement de l’université jésuite de Pont-à-Mousson et l’activité de saint Pierre Fourier.
Son rôle politique fut d ‘autant plus important qu’il était proche parent des ducs de Guise.
Pour se ménager son appui, Henri III fit régler à son profit le problème de la souveraineté du duché de Bar, sa possession. En retour, il aida Henri III à se dégager des lourdes dettes vis-à-vis du Palatin Jean Casimir afin d’obliger ce dernier, fournisseur de troupes aux protestants, à évacuer la France. Cependant, les relations entre les deux hommes devinrent difficiles. Menant d’abord une politique de double jeu, Charles, désireux de mettre la main sur les Trois Evêchés, s’afficha ouvertement favorable à la Ligue et, par conséquent à l’intervention espagnole, mieux à même de servir ses desseins, pensait-il.
Il attaqua le duché de Bouillon. Entre manœuvres et conflits guerriers, qui durèrent plusieurs années, la rupture définitive se produisit en 1589 après qu’Henri III eut conclu une trêve avec le roi de Navarre et réuni ses forces pour assiéger Paris en rébellion. Les royalistes de Champagne et de Metz menaçant son duché, il résolut de joindre ses forces à celles des princes catholiques.
L’assassinat d’Henri III lui rendit l’espoir de voir reconnus les droits à la couronne de France de son fils aîné, Henri, dont la mère était une Valois. Mais, le roi d’Espagne lui ayant fait savoir que sa propre fille était encore mieux placée pour y prétendre, Charles risquait d’épuiser ses forces sans grand profit dans son combat avec les ligueurs. De plus, Henri IV, en mariant l'héritière du duché de Bouillon à Henri de LaTour d'Auvergne, avait donné un redoutable défenseur à ce duché tant convoité et dont il ne put s’emparer. Après l’abjuration d’Henri IV, Charles entreprit de se réconcilier avec celui-ci. Le roi, en position de force, imposa de dures exigences : Henri, héritier du duché de Lorraine, devrait épouser Catherine de Bourbon, sœur très mûre du roi et ardente protestante. Le mariage eut lieu en 1599.
Malgré les troubles dus aux guerres de religion, le règne de Charles III est regardé comme une époque de prospérité et d'essor. S’il échoua à faire installer un évêché à Nancy -, la France, maîtresse des Trois Évêchés, refusant l'indépendance spirituelle des duchés Lorrains,- Charles conserva l’image de bienfaiteur de son peuple et de législateur avisé.
Veuf en 1575, il ne se remaria pas. En 1607, il eut la douleur de perdre son fils, Charles, cardinal de Lorraine, qu’il chérissait particulièrement. On dit que ce chagrin accéléra son trépas. Il mourut moins de six mois plus tard.
Ses funérailles furent célébrées avec une magnificence royale. Elles furent l’objet d’une publication, La Pompe funèbre de Charles III, duc de Lorraine, ensemble de dix grandes planches et de quarante-huit petites, accompagnées de commentaires. Publiée en 1609 par Jean Savine, imprimeur de l'abbé de Clairlieu (Villers-lès-Nancy), la Pompe funèbre était un formidable outil de propagande au service du pouvoir ducal, et reste un document exceptionnel sur le déroulement des cérémonies.
Charles III avait ordonné la construction d'un caveau ducal qui fut réalisé par son successeur, Henri II de Lorraine. Il fut donc inhumé dans l’église des Cordeliers, mais pas dans le caveau. Son cœur, d’abord déposé au Noviciat des Jésuites de Nancy, fut transféré aux Cordeliers en 1772 peu avant la suppression de cet ordre en 1773.
A la Révolution, sa sépulture fut violée et ses restes jetés, avec ceux de la famille ducale, dans une fosse au cimetière de Boudonville à Nancy.
En 1826, une fois l’église du couvent et la chapelle ducale restaurées, on exhuma les cendres qu’on rassembla dans plusieurs cercueils. Déposés à la cathédrale de Nancy, le 9 novembre, en une ultime pompe funèbre à travers les rues de la ville, on les ramena dans le caveau des Cordeliers. Aucune trace de tombeau particulier.