Исчерпав все дипломатические резервы, Франция вступила в войну сама (21 мая 1635 объявлена война Испании). С её вмешательством конфликт окончательно потерял религиозную окраску, так как французы были католиками. Франция вовлекла в конфликт своих союзников в Италии — герцогство Савойское, герцогство Мантуанское и Венецианскую республику. Ей удалось предотвратить новую войну между Швецией и Республикой обоих народов (Польшей), которые заключили Штумсдорфское перемирие, что позволило Швеции перебросить значительные подкрепления из-за Вислы в Германию. Французы атаковали Ломбардию и Испанские Нидерланды. В ответ в 1636 испано-баварская армия под командованием принца Фердинанда испанского перешла реку Сомму и вошла в Компьень, а имперский генерал Матиас Галас попытался захватитьБургундию.
Летом 1636 саксонцы и другие государства, подписавшие Пражский мир, повернули свои войска против шведов. Вместе с имперскими силами они оттеснили шведского командующего Банера на север, однако были разбиты в битве у Виттштока.
В 1638 в Восточной Германии испанские войска под командованием баварского генерала Готфрида фон Гелейна напали на превосходящие силы шведской армии. Избежав разгрома, шведы провели тяжёлую зиму в Померании.
Последний период войны протекал в условиях истощения обоих противоборствующих лагерей, вызванного колоссальным напряжением и перерасходом финансовых ресурсов. Преобладали маневренные действия и небольшие сражения.
В 1642 кардинал Ришелье умер, а через год умер и король Франции Людовик XIII. Королём стал пятилетний Людовик XIV. Его регент, кардинал Мазарини, начал мирные переговоры. В 1643 французы окончательно остановили вторжение испанцев в битве при Рокруа. В 1645 шведский маршал Леннарт Торстенсон разбил имперцев в Битве под Янковом возле Праги, и принц Конде разбил Баварскую армию в Битве при Нердлингене. Последний выдающийся католический военачальник, граф Франц фон Мерси, погиб в этом сражении.
В 1648 шведы (маршал Карл Густав Врангель) и французы (Тюренн и Конде) разбили имперско-баварскую армию в битве при Цусмаргаузене и при Лансе. Только имперские территории и собственно Австрия оставались в руках Габсбургов.
Ещё в 1638 Папа Римский и датский король призвали к прекращению войны. Два года спустя идею поддержал собравшийся впервые после длительного перерыва германский рейхстаг. 25 декабря 1641 состоялось подписание предварительного мирного договора, по которому император, представлявший также Испанию, а с другой стороны Швеция и Франция заявили о своей готовности созвать в вестфальских городах Мюнстере и Оснабрюке конгресс для заключения всеобщего мира. В Мюнстере велись переговоры между Францией и императором. В Оснабрюке — между императором и Швецией.
Яростная борьба развернулась уже вокруг вопроса о том, кто имеет право участвовать в работе конгресса. Франции и Швеции удалось преодолеть сопротивление императора и добиться приглашения субъектов империи. В итоге конгресс получился самым представительным совещанием в истории Европы: на нём присутствовали делегации 140 субъектов империи и 38 других участников. Император Фердинанд III был готов пойти на большие территориальные уступки (большие, чем пришлось отдать в итоге), но Франция потребовала такую уступку, о которой он первоначально не помышлял. Император должен был отказаться от поддержки Испании и даже не вмешиваться в дела Бургундии, которая формально являлась частью империи. Национальные интересы взяли верх над династическими. Император подписал все условия фактически сепаратно, без испанского кузена.
Заключенный 24 октября 1648 года одновременно в Мюнстере и Оснабрюке мирный договор вошёл в историю под наименованием Вестфальского. Отдельный договор, подписанный несколько ранее, прекращал войну между Испанией и Соединёнными провинциями. Соединённые провинции, а также Швейцария, признавались независимыми государствами. Неурегулированной осталась только война между Испанией и Францией, которая продолжалась до 1659.
По условиям мира, Франция получила Южный Эльзас и лотарингские епископства Мец, Туль и Верден, Швеция — остров Рюген, Западную Померанию и герцогство Бремен, плюс контрибуцию в 5 млн талеров. Саксония — Лузацию, Бранденбург — Восточную Померанию, архиепископство Магдебург и епископство Минден. Бавария — Верхний Пфальц, баварский герцог стал курфюрстом.
