普奥战争以后，毛奇立即着手制订对法国作战的宏大计划和进行战争准备。北德意志各邦虽然统一了，但是南德还有四个邦国处于法国的卵翼之下。要完全统一德国，势必要与法国一战。而且作为一个军人，他个人的成就因为法国的干涉而打了折扣，心里一直忿忿然。
所以于公于私，这一箭之仇都非报不可。
毛奇是一个知识全面、头脑冷静、目光锐利的军事家，就在普奥战争进行之中他已经发现了普军不少弱点。普军上下对骑兵的作用都认识和发挥不够，在普军翻越苏台德山脉时，他和下级指挥官都未派骑兵在前面警戒和侦察，行军处于一种盲目状态，结果在冲出山垭口时与奥军发生了遭遇战。如果奥军在山中或山垭口设伏，普军将吃大亏。此外，对骑兵屏护主力、阻滞敌军行进、反侦察等作用也未能发挥。
毛奇还发现普军炮兵武器和战术上都存在严重缺点。普军使用的大炮，很多还是前膛装填的滑膛炮，这种炮被证明比奥军普遍使用的后膛装填的线膛炮，在发射速率和准确度上都差得多。在战术上，普军习惯把炮兵放在行军纵队的尾部。所以当普军第二军团前卫部队从山垭口冲出与奥军遭遇时，就完全失去了炮火的保护。更为严重的是，当第一军团在萨多瓦向奥军正面发起进攻时，出现炮火支援迟缓的问题，普军步兵完全暴露在奥军火力之下，受创严重。
针对这两大弱点，毛奇在战后立即着手改革，将普军火炮全部更新为钢质、后膛装填的线膛炮，并对炮兵和骑兵指挥官进行新编队和新战术意识的培训。毛奇率先提出了一个具有现代意义的概念，即炮兵的预备队就是弹药。从此，普军在战斗中总是将所有能用上的炮兵都及早投入战斗。
经过毛奇几年的努力，普军在1870年投入普法战争时，无论在编制、装备、指挥，战术思想等方面，都远比法军准备充分。
在普鲁士人忙乎的时候，法国人也没有闲着。普奥战争一结束，拿破仑三世就眼巴巴地盼着俾斯麦答应给他领土“赔偿”的诺言兑现。谁知望穿秋水，俾斯麦一声不吭，就像压根儿没有这回事。拿破仑三世知道受了骗，心中极为不满。普鲁士人得寸进尺，又搞起了一个北德意志联邦，赫然一个大国屹立，法国要想再次称霸欧洲，可就遇到强硬对手了。拿破仑三世痛下决心，决不再姑息遗患，尽快以战争削弱普鲁土，阻止德国统一。
双方都在大规模地扩充军备，同时展开秘密的外交活动，孤立敌人，争取盟友。俾斯麦竭力想争取英、俄中立，拿破仑三世则力图拉拢奥地利、丹麦和意大利，组成反普同盟。老奸巨猾、巧舌如簧的俾斯麦显然比公子哥儿出身的法国皇帝技高一筹。俾斯麦颇有成就，拿破仑三世却接连碰壁，搞得臣民怨他无能，颇有要闹事的架势，逼得他只好尽早动武。
到1870年，普鲁士首先做好战争准备。可一时没有借口。按照俾斯麦的信条：只要需要，没有就去制造。俾斯麦眼睛滴溜溜一转，发现西班牙是个空子。原来的女王伊莎贝拉被1868年的革命推翻后，王位至今空着。俾斯麦派人秘密去马德里，收买西班牙临时政府，让他们邀请普王威廉的堂兄利奥波德亲王去当国王。这事俾斯麦、毛奇、罗昂一伙人事先没有告诉普王，他们怕威廉反对，阴谋就搞不成了。
果然，7月3日西班牙《回声报》披露利奥波德出任西班牙国王的消息后，正在埃姆斯温泉疗养的威廉国王闻讯大为惊讶，并立即表示反对。但反应最强烈的还是拿破仑三世，他简直跳了起来，一面向普鲁士提出抗议，一面扬言：谁敢派人去西班牙当国王，就同谁开战。
事情明摆着，他要让那个普鲁士人去做了国王，岂不是让人家两面夹攻吗？
7月9日，法国驻柏林大使奉命赶往埃姆斯谒见普王，要求制止利奥波德继承西班牙王位。威廉表示他将劝阻亲王接受邀请。利奥波德也随即发表声明，不去西班牙做国王。事情到此本就可以了结了，但是拿破仑三世还不放心，竟命令大使去向普王逼索永远不同意利奥波德继承西班牙王位的书面保证。这就做得太过分了，威廉毕竟是一国之君，岂能做这种丢脸面的事。他拒绝了大使的要求，并将会谈结果电告首相俾斯麦。
俾斯麦收到电文时，正同总参谋长毛奇和军政大臣罗昂共进晚餐。俾斯麦看了电文，诡谲地笑了笑，问：“对法国的战争早打好还是晚打好？”毛奇以他一贯的简洁语言回答：“如果真要打，晚打对我们不利。”俾斯麦于是提笔在电报上改了几个字，将原来比较温和的语气改成带有侮辱法国皇帝的意味，他一面将改过的电文递给毛奇和罗昂，一面说：“那头高卢牛看见这块红布会立刻激怒起来。”三人大笑。他们虽然知道这会引得国王龙颜大怒，但一个统一的德国足以平息他的怒气。这三个战争贩子对于德国的统一，实在比国王本人还要热切。
经过删改的电文在报上一发表，法国舆论大哗。拿破仑三世气急败坏，觉得受了侮辱，但也高兴有了发动战争的借口。1870年7月19日，法国对普鲁士宣战。普法战争爆发。拿破仑三世正中了俾斯麦、毛奇等人的圈套，他们正是要法国先进攻，这样普鲁士便处于民族防卫战的地位，有利于争得德意志民族的支持和国际舆论的同情。
法国为这次战争也进行了多年的准备，陆军大臣向皇帝一再吹嘘说，完全准备就绪。拿破仑三世信以为真，急忙调兵遣将，想迅速集中优势兵力，越过莱茵河，向法兰克福方向突袭，切断南北德意志的联系，强迫各邦国中立，然后联合奥地利和意大利直攻柏林。同时，舰队在波罗的海和易北河配合陆军行动。
皇帝的战略计划本也不错，可他的军队实在不争气，平时训练差，装备落后且不齐全，参谋指挥系统效率低。部队接到集中命令时，到处乱成一片，有的将军甚至找不到自己的部队。地图没有，军需品不足，索要粮草、弹药、帐篷的电报纷纷飞向巴黎总部。7月28日，对此一无所知的皇帝兴冲冲跑到梅斯前线，准备发动进攻，这才发现没有一支部队完成战争准备。又耽误了一个星期，法军才于8月2日开始进攻。
普军却利用这段时间迅速动员和集中起来。在毛奇效率很高的总参谋部的指挥协调下，普军三个主力军团，连同预备队和机动部队共40万人，在十天之内便全部集结于西南边境一带。毛奇侦知法军在梅斯和斯特拉斯堡分别集中兵力，便将三个军团配置在法军两部之间、孚日山后面从北到南一线，这样三个军团既可以互相支援，也可以集中力量攻击敌军一部。
8月2日，法军主力莱茵军团的三个军从梅斯向德国境内的萨尔布吕肯突进，普军一部受冲击，被迫后撤。毛奇立即命令第一军团向第二军团靠近，第三军团向南突击，阻止斯特拉斯堡—线法军北上增援。8月4日，普军开始全面反攻。
弗里德里希·威廉亲王率领第三军团共13万人向南前进，在维桑布尔附近越过国境，歼灭了一个埋伏在那里的法国师。8月6日与麦克马洪元帅统率的法军南线军团六个师接战，将其击退，同一天，普军一、二军团在福巴克击溃法军第二军一部。
普军这一系列攻势迅猛而凌厉，尤其是改进后的炮兵，双方步兵尚未靠近便以猛烈的火力向敌军轰击，给法军造成大量死伤，严重打击了法军士气，在普军步兵进攻时又提供连续不断的炮火支援。战斗中，普军无论在炮兵火力、步兵火力的配合上，都明显强于对方。法军被这一连串的打击弄得手忙脚乱，梅斯的大本营里一片惊恐气氛。拿破仑三世见形势不妙，立即把帅印交给巴赞元帅，自己坐上马车慌忙往西逃往夏龙。8月9日，麦克马洪留下一部坚守斯特拉斯堡，自己带领其余南线部队乘火车撤往夏龙。