Он всегда был слабым ребенком, и из-за болезненности и низкого роста подданные называли его «маленьким королем».
В ноябре, вернувшись вечером с охоты, он пожаловался на головокружение и шум в ухе. В воскресенье Франциск упал в обморок в церкви, и вскоре у него проявилась острая, пронизывающая головная боль. Скорее всего, его страдания были вызваны инфекцией – когда из уха начала выделяться жидкость, короля немедленно уложили в постель, но вскоре стало ясно, что он серьезно болен; по всей видимости, это была опухоль головного мозга.
Дяди Марии, герцог де Гиз и кардинал Лотарингский, делали вид, что у короля всего лишь простуда, усиленная катаром, который, как они утверждали, затронул ухо. Но эта версия была малоубедительна. И когда в последний момент отменили обещанную испанскому послу аудиенцию, сразу при дворе распространились слухи о смертельной болезни или даже об отравлении короля.
В конце ноября у Франциска начались сильные судороги. Он не мог двигаться и говорить, часами смотрел в пространство, не видя людей, собравшихся у его постели. Мария боролась с Екатериной Медичи за право ухаживать за ним. Ее свекровь становилась невыносимой. Она не доверяла семье Гизов и уволила всех gentilhommes сына, не сообщив его жене. В конечном счете жена и мать вместе ухаживали за Франциском, снимали пробу пищи, чтобы убедиться, что она не отравлена. Каждый день на рассвете они вместе заступали на дежурство, и, несмотря на постоянные протесты Марии, Екатерина также настаивала на праве входить в спальню короля и ночью.
Врачи делали Франциску кровопускание, очищали его организм с помощью клизм и рассматривали возможность операции на черепе – просверлить отверстие и ослабить давление жидкости. Но незадолго до назначенной операции выделения из уха прекратились; врачи уже поздравляли себя с успехом, но гной снова прорвался, и Франциск начал бредить. К началу декабря боль и выделения из уха стали непрерывными; гной также шел из носа и рта. В четверг, 5 декабря, силы короля иссякли, и он весь день пролежал без движения, а поздно вечером умер, не приходя в сознание. Точного времени никто не знал.
Ночью, пока Мария молилась над телом умершего мужа, Екатерина Медичи созвала тайный совет. Трон должен был перейти к брату Франциска, Карлу IX, которому на тот момент было всего десять лет. По стечению обстоятельств в Орлеане открывалось заседание Генеральных штатов – высшего представительского органа власти во Франции, последний раз собиравшегося в период правления Карла VIII в 1484 г. Делегаты назначили регентом Екатерину Медичи. С этого момента она решила отомстить Гизам, махинации которых все время подрывали ее власть. Она даже восстановила коннетабля Монморанси во всех его прежних должностях. Результаты дворцового переворота, сопровождавшего восхождение Франциска II на престол семнадцать месяцев назад, были аннулированы.
В планах Екатерины Марии не было места. Через несколько недель после похорон молодую вдову короля и ее свекровь разделила непреодолимая пропасть.