Наконец, к этим мастерам в 1533 году присоединился архитектор, скульптор и живописец Ф. Приматиччо, который работал вместе с Джулио Романо, украшая фресками палаццо дель Тэ. Судьба этого итальянского мастера решительным образом изменилась после работы в Фонтенбло как и у большинства его соотечественников. Пораженные красотой этого места, они обретали во Франции новую родину. Так и Приматиччо остался во Франции на 40 лет.
Едва Приматиччо прибыл в Фонтенбло, как у него, подобно Россо, появилось множество обязанностей. Его дар расцвел в этом удивительном месте, и прославился он прежде всего как несравненный декоратор при отделке парадных залов. Приматиччо продумывал сценарии придворных празднеств, оформлял их; делал эскизы мебели, ювелирных изделий. По поручению Франциска I в 1540 году Приматиччо отправился в Рим с целью приобретения коллекции античных скульптур. Вазари пишет об этой миссии Приматиччо: «Он накупил сто двадцать пять штук всяких бюстов, торсов и фигур». Большинство из этих произведений были вскоре отлиты мастером в бронзе. Некоторые из этих слепков, ранее украшавших Фонтенбло, в настоящее время находятся в музеях Рима и Ватикана, в частности такие шедевры, как «Нил» и «Ариадна», а другие пополнили коллекцию Лувра («Тибр», «Лаокоон», «Венера»). Бенвенуто Челлини вспоминал в своих мемуарах, с каким торжеством были встречены бронзовые отливки Приматиччо, которые сразу же после их доставки в Фонтенбло были выставлены на цоколе галереи Близнецов – королевской галереи. Франциск был необыкновенно доволен, поскольку его дворец, по словам Челлини, стал воплощением нового Рима: «Это была на едином порыве воодушевления возникшая остроумная, несколько безрассудная, необыкновенная ночная феерия. Зрелище всем представлялось волшебным, это была самая настоящая сказка, мир чудесного. Цоколь с бронзой освещался и свечами в канделябрах, и множеством факелов».
Скульптуры, созданные Приматиччо, украсили сады, в которых утопал замок, ниши, окружавшие Чудесный источник. По свидетельствам современников, придворные были в полном восторге при виде этого необыкновенного зрелища, и с этого времени при дворе стало привычным обсуждение рассматриваемых коллекций, оценивание их с разных точек зрения.
Чтобы пополнить коллекцию Фонтенбло (как оказалось, пополнять ее можно было бесконечно), Приматиччо ездил в Италию еще два раза: первый раз при жизни Франциска I, в другой раз уже по поручению Генриха II. Из первой поездки мастеру пришлось срочно вернуться: Франциск сообщил ему, что скончался Россо и, по свидетельству Вазари, «…осталась незаконченной длинная галерея, начатая по его проекту и в значительной своей части им уже отделанная лепниной и живописью».
В 1541 году Приматиччо получил новое назначение организатора и руководителя всех строительных работ в Фонтенбло, а вместе с тем стал аббатом прихода Святого