Fait maréchal de France en 1693, il reçut le commandement de l’armée de Flandre (1695), prit Dixmute, bombarda Bruxelles, ne put empêcher la prise de Namur, mais tint « les ennemis en échec » jusqu’à la paix de Ryswick (1697).
Vint ensuite sa série de bévues que ses contemporains retinrent davantage que ses succès.
Dès les débuts de la guerre de succession d’Espagne, alors que les Français étaient victorieux, il se montra incapable de commander une armée. Vaincu par le prince Eugène (1663 -1736) à Chiari (1701), puis fait prisonnier à Crémone (1702), il fut emmené en Autriche pour dix mois.
Envoyé commander l’armée de Flandre (1703), où il n’y avait pas d’opérations, il partit trop tard rejoindre le régiment de Tallard sur le Danube et fut en partie responsable de la défaite d’Höchstädt (1704). Après une année tranquille, où il prit tout de même Huy, l’année suivante, au mépris, une nouvelle fois, de l'avis de ses généraux, il provoqua l'effarant désastre de Ramillies. La Flandre et le Brabant étaient perdus. Cette défaite entraîna un effet de domino qui causa aussi la perte de la Savoie et du Piémont. Malgré son évidente ineptie, le roi n’obtint sa démission qu’après l’en avoir imploré. Déchu de ses commandements, cette profonde humiliation marqua le terme de sa carrière militaire.
Néanmoins, sur son lit de mort, Louis XIV le rappela pour le nommer gouverneur du futur Louis XV. Membre du conseil de Régence, « jaloux de son autorité, gonflé de son importance », il veilla sur son royal élève avec un excès de précautions qui contribuèrent à faire passer le Régent pour un potentiel empoisonneur du jeune roi. En 1722, Louis XV approchant de sa majorité, par l’intermédiaire du cardinal Dubois, son hostilité envers le Régent lui valut un exil brutal dans le Lyonnais. Cet exil qui prit fin deux ans plus tard à la mort de Dubois et du duc d’Orléans. De retour à Versailles, il mourut dans son hôtel parisien.
Tandis que son cœur était porté à Villeroy et ses entrailles déposées en l’église Saint-Paul-Saint-Louis, sa paroisse parisienne, sa dépouille fut transportée jusqu’au couvent des Carmélites de Lyon dont il avait fait achever les travaux commencés par son père. Inhumé simplement dans le caveau familial, on ne lui érigea pas de monument (voir à nécropole familiale lyonnaise).
Outre Nicolas et François de Villeroy, reposaient dans la chapelle :