Работы по реконструкции замка были возобновлены только в 1500-1501 гг., и крупные поставки камня позволили продолжить незаконченное строительство. После прихода к власти Франциска I замок приобретает новый блеск. С 1515 по 1518 г. король останавливался именно здесь, когда он посещал берега Луары, именно в этом, как он называл, «роскошном замке», и после победы под Мариньяном он вернулся именно в Амбуаз в августе 1516 г. Королева Клод произвела здесь на свет трех своих детей.

Всемирную славу городу принес гений Леонардо да Винчи, который провел здесь три последних года своей жизни. Его пригласил в Амбуаз король Франциск I. Он подарил небогато жившему Леонардо очень уютный замок Кло-Люсе в километре от своей резиденции и ежемесячно выплачивал ему солидное денежное пособие. Кроме того, Франциск купил у Леонардо три его шедевра, которые художник привез с собой из Италии, в том числе и знаменитую «Мону Лизу». По специальному подземному ходу, соединявшему замки Амбуаз и Кло-Люсе, король любил захаживать к Леонардо в гости и беседовать с ним об искусстве.

Леонардо был благодарным человеком и предложил своему другу-королю построить вертолеты, раздвижные мосты, танки, подводные лодки, пулеметы, планеры. «Франциск, с этими машинами ты завоюешь мир!» - горячился Леонардо. Но король только смеялся. При всем уважении к итальянскому гению он не верил, что все это будет действовать. Действующие модели по чертежам Леонардо были построены лишь в XXI в., и сегодня их можно посмотреть в Кло-Люсе.

Леонардо да Винчи умер на руках у короля и был похоронен именно в Амбуазе. Туристы толпами приходят в часовню Сен-Юбер и фотографируют надгробную плиту с именем великого художника На самом деле могила Леонардо находилась в другой часовне (ныне полностью разрушенной). Сейчас на этом месте стоит памятник гениальному конструктору и художнику.

Но вернемся к жизни замка Амбуаз находился в самом центре европейской политической жизни, потому что опять-таки именно здесь были подписаны важнейшие соглашения в самом начале правления Франциска I: Нуайонский мирный договор с королем Испании, Конкордат с папой Львом X, мирное соглашение со Швейцарией, договор Камбре («Дамский мир») с императором Карлом V и Лондонское соглашение с Генрихом VIII. Франциск I готовил здесь свою кандидатуру на трон империи и принимал знатных лиц из Германии.

В правление Генриха II Екатерина Медичи по достоинству оценила Амбуаз, в котором воспитывалось множество королевских отпрысков. Впоследствии замок был покинут династией Валуа Приехавший туда 22 февраля 1560 г. на заре своего правления молодой король Франциск II с супругой Марией Стюарт, с матерью королевой, с детьми, со своей свитой и домочадцами вынужден был бежать в Блуа вследствие заговора принцев Конде, который разразился в начале месяца 27 и 29 марта 1560 г. восстание протестантов было подавленно родом Гизов, защитником Валуа (Франсуа II, Мария Стюарт и Екатерина Медичи). Реформисты не выдали подозреваемого в организации заговора принца Конде и были приговорены к смертной казни через повешение или обезглавливание. Заговорщиков повесили на балконе замка, а затем их тела в мешках сбросили в Луару. Казнь была приведена в исполнение в самом замке. После