Chevalier des ordres du roi, il se distingua au cours de la guerre contre les huguenots mais, tenu à l’écart par Richelieu, il se lança dans la conjuration de Chalais (1626) ce qui lui valut d’être emprisonné à Amboise puis à Vincennes. Libéré quatre ans plus tard, contre son renoncement au gouvernement de la Bretagne, il partit servir en Hollande.
Ayant obtenu l’autorisation de rentrer en France, le voilà accusé d’avoir voulu empoisonné
Richelieu (1641). Il s’enfuit de nouveau, cette fois en Angleterre, et ne revint qu’à la mort du cardinal (1642). Mais, l’année suivante, on le retrouva impliqué, avec son fils, François de Bourbon-Vendôme, duc de Beaufort, dans la cabale des Importants qui visait, notamment, après la mort de Louis XIII, à éloigner la régente Anne d’Autriche de Mazarin jugé trop hostile à la noblesse et, d’autre part, à signer une paix séparée avec Philippe IV d’Espagne. Commencée par une intrigue de cour, l’affaire s’envenima au point que Beaufort conspira pour faire assassiner Mazarin. Ce dernier ayant découvert le complot, Beaufort fut emprisonné à Vincennes, et son père, comme d’autres protagonistes, exilé en province. Finalement, César se rapprocha de Mazarin, consentit au mariage de son fils aîné, Louis de Bourbon-Vendôme, duc de Mercœur, avec une nièce du cardinal, Laure Mancini. Démontrant ainsi sa bonne volonté à se soumettre, il reçut le gouvernement de Bourgogne, fut nommé grand amiral, puis reçut la surintendance de la Navigation et du Commerce dont la reine se démit en sa faveur.
Dorénavant soldat loyal, fidèle et courageux, à la tête de l’armée de Guyenne, il contribua beaucoup à la pacification de cette région en reprenant Libourne et Bordeaux aux frondeurs (1653), et battit la flotte espagnole au large de Barcelone (1655).
Puis, ses infirmités le condamnèrent à l’inaction dans les dernières années de sa vie. Il mourut à Paris.
Son acte de décès, retranscrit presqu’un mois plus tard dans les registres de la collégiale Saint-Georges, où il fut inhumé, est des plus sommaires :
Nom du défunt : César ; sexe : masculin ; mention particulière : son altesse César duc de Vendôme décédé à Paris le 22 octobre ; signé J. Gillet, doyen de Saint-Georges.
Son corps fut ramené en grande pompe près de ses aïeux dans son duché de Vendôme auquel il fut le dernier de la lignée à porter un attachement en entreprenant des travaux conséquents dans le château.
Il fut ausi le dernier à y résider.Ses deux fils, Mercœur et Beaufort, conduisirent ses funérailles grandioses. A défaut d’une description de la tombe, son épitaphe a été rapportée (sic) :
« Icy gist et repose le corps de tres hault et tres puissant, tres magnanime Prince Cesar filz naturel de Henry IV dit le Grand, duc de Vendosme, de Mercoeur, de Beaufort, de Penthievre et d’Etampes, Prince d’Anet et de Martigue, Pair de France, grand Maistre, chef et surintendant general de la navigation et commerce de France qui deceda en son hostel à Paris le vingt deuxième du mois d’octobre 1665 »