Après la mort de sa femme sur les conseils de Mgr de Péréfixe, futur archevêque de Paris, Champaignemit mis ses deux filles comme pensionnaires à Port-Royal où il se réfugiait de plus en plus dans la dévotion et l'austérité. Une des deux y mourut jeune. Par ce lien spirituel, il apporta à ses compositions une intense spiritualité empreinte d’une puissante investigation psychologique et plastique malgré leur austérité apparente. Sa fille aînée, la seule qui lui restât, entrée elle aussi à Port-Royal, fut miraculeusement guérie d'une paralysie qui la tenait immobile depuis plus de douze mois. C'est elle qu'il représenta à côté de la mère Agnès Arnauld en prières, dans le fameux tableau Ex-voto de 1662.
Comme Eustache Le Sueur, il fut l’un des fondateurs de l’Académie royale de peinture et de sculpture en 1648.