Tras renunciar al trono austriaco, asumió la corona mexicana en mayo de 1864, y gobernó presionado por los intereses franceses,con el apoyo conservador y clerical.
Nunca llegó a ejercer un verdadero dominio sobre México, ya que su gobierno funcionaba solamente donde había guarniciones francesas, y al levantarse en armas los liberales, fue capturado y condenado a muerte por un consejo de Guerra en el Cerro de las Campanas de la ciudad de Querétaro el 19 de junio de 1867, junto con los generales conservadores Miguel Miramón y Tomás Mejía.
El Emperador de México, segundos antes de recibir las descargas del pelotón de fusilamiento (disparadas a un metro de distancia de su cuerpo), proclamó: "¡Mexicanos! Muero por una causa justa, la de la independencia y libertad de México. Ojalá que mi sangre ponga fin para siempre a las desgracias de mi nueva patria. ¡Viva México!". Asimismo se dice que pagó a cada uno de los verdugos con una moneda de oro para que no se le disparase a la cara, así podría ser reconocido por su madre.
