Durant cette guerre, par son sang-froid, il sauva l’arrière-garde de l’armée après la défaite d’Hilkesberg et prit une part brillante à la retraite de Bohême notamment à Dettingen et à Fontenoy. On le vit encore charger à Raucourt, Berg-op-Zoom et Maëstricht.
A son retour d’une ambassade extraordinaire auprès du roi de Parme et de Sardaigne, il reprit les armes à l’armée d’Allemagne (1757-1759) et commanda l’arrière garde à Crefeld pour sa dernière campagne.
Elevé à la dignité de maréchal de France (1775), s’il n’avait jamais commandé en chef une armée importante, il avait cependant montré de réelles capacités militaires bien supérieures à celles de son frère, Louis de Noailles, nommé le même jour. Investi du gouvernement de la Guyenne, il exerça cette fonction dix ans avant de s’en démettre en faveur de son fils, et de s’installer à Paris. Membre de l’Assemblées des notables, mais affaibli par l’âge, il s’abstint de participer aux travaux politiques.
Gouverneur de Versailles (1789), il s’efforça de protéger Louis XVI, comme il pouvait, des assauts révolutionnaires jusqu’à la prise des Tuileries le 10 août 1792. Retiré, avec sa femme, Claudine Louise d’Arpajon, en son château de Mouchy (Oise), après les massacres de Septembre, il devait peut-être s’y sentir relativement à l’abri quand les évènements le rattrapèrent. En octobre 1793, après avoir été mis en état d’arrestation dans son château depuis le mois d’août, il fut emprisonné dans son hôtel parisien, puis à la prison de la Grande Force et à celle du palais du Luxembourg.
Le 26 juin, ce fut le transfert à la Conciergerie et le fatal rendez-vous avec le Tribunal révolutionnaire. Accusé d’être « […] l'agent de Capet pour la distribution des sommes au moyen desquelles ils soudoyaient les prêtres réfractaires, les émigrés et tous leurs autres complices de leurs infâmes manœuvres, et dont le tyran [a] payé les crimes », il fut condamné à mort en même que l’était sa femme.
Le lendemain, ils montaient à l’échafaud alors installé à la barrière du Trône. Comme tous les corps des suppliciés du lieu qui les avaient précédés et qui suivirent, ceux de Philippe de Noailles et de son épouse furent inhumés, ou plus exactement jetés, dans une fosse commune creusée dans un terrain à l’origine de l'actuel cimetière de Picpus.