然而，当拿破仑三世醉心于取得卢森堡，秘密地同卢森堡的主人、荷兰国王谈判割让这块地方的时候，得到法国金钱贿赂的国王在达成协议的最后关头，却坚持要在取得普鲁士同意的前提下签署条约。卢森堡是一块古老的德意志土地，它的统治权在1815年维也纳会议上归属荷兰国王，但它的安全由一支普鲁士驻军保证。国王打算出卖卢森堡，一定要普鲁士撤军，所以征得普鲁士的同意是有道理的。但这样一来，原来秘密的交易便大白于天下。首先它使德国舆论处于出人意料的激动状态。普鲁士国王一想到要把一个半个世纪以来普鲁士有权驻兵的大公国割让给法国就感到震惊。总参谋部也变得十分恼火，他们宁可同法国开战，也不愿做出让步。此外，英国舆论也对此倍加关注，因为法国改变疆界的企图，将从战略上、地理上威胁英国本土。如果法国吞并卢森堡，继而向比利时扩展势力，那么就应验了拿破仑一世说过的一句话：“安特卫普是指向英国胸膛的一支手枪。”这样在国际舆论的反对下，见势不妙的荷兰国王只好把出卖卢森堡之事作为罢论。在俾斯麦的策划下，卢森堡问题被提交国际会议去决定。1867年5月的第2周，由英国主持召开伦敦会议，列强决定卢森堡为永久中立国，由各大国保证它的独立地位不受侵犯。这样，拿破仑三世的补偿要求遭到彻底失败。
卢森堡危机是普法关系史上的一个转折点。此后，法国放弃领土补偿以及与普鲁士联盟的主张，开始把目标放在维持《布拉格和约》所规定的欧洲现状方面，即保持法国对南德四邦的控制，以阻挠普鲁士统一大业的最后完成。但由于卢森堡危机，拿破仑三世在欧洲已经声名狼藉。英国是他的主要对手；俄国则因为他反对修改黑海非军事化条约而成为普鲁士的盟友；奥地利因为国内问题的困扰（它已变成奥匈二元帝国）对法国的结盟要求表示沉默；意大利渴望从罗马撤走法国军队，以克复它的首都。因此，法国是在没有任何一个政治盟友的情况下，一步步走向普法战争的危机。俾斯麦已达到他外交上的前两个重要目标，现在他正等待着从道义上启动战端的借口。不久，西班牙发生的王位继承问题，终于把法国引进了他的伏击圈。
1868年9月，西班牙发生了一场革命。临时接管政权的军政府想在全欧范围寻找一位君主来取代身败名裂并已逃往国外的伊莎贝拉二世女王。俾斯麦马上对这个问题产生了浓厚的兴趣，认为这是一个转移人们注意力，并能刺激法国的好机会。1868年圣诞节，受首相和总参谋长指派的两名心腹悄悄地前往马德里去了解西班牙首都的情绪。第二年春天，又有一名政府的非正式代表前去活动。1869年5月，人们盛传西班牙已将王冠奉送给普鲁士王室的一个成员。到9月，西班牙军政府的代表前往瑞士的魏因堡，在那里秘密会见了霍亨索伦家族的西格马林根亲王，正式向亲王提出西班牙议会准备接受他的儿子利奥波德为空缺的王位候选人的请求。至此，传闻开始得到正式证实。1870年2月24日，在西班牙政治秩序恢复正常的情况下，西班牙摄政王普里姆元帅派全权代表赴杜塞尔多夫，再次建议利奥波德接受王位。与此同时，摄政王还把西班牙的决定正式转告威廉国王和俾斯麦。亲王一家对接受王冠一事一直犹豫不决，但在俾斯麦的鼓励下，最后在6月19日接受了提名。虽然一切谈判都是秘密进行的，但消息还是泄露出去了。7月3日，这一消息传到巴黎，立即在法国引起爆炸性的反应。法国舆论普遍认为，由于这一王位继承关系，法国开始处于德意志和西班牙的包围之中。这是历史上查理五世帝国的再现，法国绝不允许它的邻国把自己的亲王捧上查理五世的王位。
面对法国举国的抗议浪潮，普鲁士国王委婉地否认普插手这件事，声称西班牙人和亲王都是按自己的意志行事，和普鲁士官方没有什么联系。威廉一世本来就不赞成霍亨索伦家族的子弟在马德里执政，因此当7月9日法国驻普鲁士大使向国王提出交涉时，国王事实上已经在劝说利奥波德放弃王位，以避免战争。国王的态度使俾斯麦颇感失望，因为他正需要利用这一事件迫使法国发动战争。但接下来，由于法国的愚蠢和俾斯麦新的谋划，正在熄灭的余烬又被煽成战争的熊熊大火。法国人不满足国王威廉一世劝阻利奥波德接受王位的承诺，他们要求普王做出新的保证，答应今后永不允许利奥波德继承王位。对此威廉一世感到不快：法国人要求他做出一个时间上没有限制的承诺，这真是太过分了！
7月13日，当法国大使贝内德蒂前往埃姆斯温泉疗养地，要求普王做出这种保证时，威廉一世坚决而有礼貌地拒绝做出这一承诺。以后他又派一名副官通知大使，除了现在劝阻西格马林根家族放弃继承王位以外，其他已无可奉告。
国王在做出这一决定之后，恼怒之余采取了一个不寻常的步骤：他委托他的副官将发生的事情电告俾斯麦，如果首相认为适当，可将他与法国大使会见的经过向新闻界公布。俾斯麦一直注视着埃姆斯事态的发展，他对国王在谈判中的退让深感忧虑，因为这将使他的战争计划陷于破产。他闷闷不乐地与毛奇和罗恩坐在一起，相互叹惜，相互同情着。突然国王副官阿贝肯的电报来了，内容是叙述国王与法国大使在埃姆斯会见的详情。话语是平和的，国王对大使的谈话是委婉而有礼貌的。他们读后情绪低落，以至于破坏了他们进餐的胃口。然而俾斯麦在反复阅读电文之后，忽然变得兴奋起来。他发现这份电报大有用场。他注视着总参谋长和陆军大臣，避而不谈电文内容，而是向他们提出一个问题：在对法战争中，普军能否保证取胜？在得到两人毫不犹豫的肯定答复之后，俾斯麦劝他的客人继续安静地用餐，而他迅速离席，到另一间屋子里开始修改这份电文。俾斯麦一字未加，稍作调整，就把一份语气温和的商谈文稿，变成对法国十分轻慢的挑战性宣言。他自信，这份电文将起到“一块红布对高卢公牛的作用”。而对首相的“杰作”，毛奇和罗恩十分惊喜，因为退却的信号现在已变成挑战的号角。战争就这样以意想不到的方式，在三人的餐桌上决定下来。
由俾斯麦加工的电文第二天一早就出现在柏林的重要报刊上，当晚它已被刊登在巴黎报纸的号外版上。那一天正是7月14日法国革命纪念日，本来就情绪激动的巴黎人，因这一刺激变得怒不可遏。到了夜间，“打到柏林去”的呼声已响彻云霄，就如同同一时间柏林人也在高呼“打到巴黎去”一样。爱国主义情绪像闪电般迅速蔓延，人们18年来第一次唱起《马赛曲》，歌声在人群的欢呼声中一遍又一遍地此伏彼起。7月15日，法国议会批准战争拨款，在雷鸣般的掌声中，议员们高喊：“普鲁士忘记了耶拿，让我们让它重新想起来吧！”带着这种情绪，法国代办于7月19日下午向柏林外交部递交了正式宣战声明。法国宣战以后，民族情感的浪潮也席卷整个德意志，符腾堡、黑森、巴登以及巴伐利亚先后宣布站在普鲁士一边对法作战。所有德意志邦国都为了伟大的民族事业而团结起来。俾斯麦已实现了自己的梦想，德意志南、北两部分统一的基础在战初已基本形成。随着一支50万人之众的德意志民族大军开赴法德边界，俾斯麦的第三场战争缓缓地拉开了序幕。
此时，俾斯麦深信他的外交和军事准备已达到无懈可击的程度。俄国在战前已答应保持中立；俄国的中立也是制约奥匈轻举妄动的条件；至于英国，为了保险，俾斯麦把珍藏达4年之久的拿破仑三世要求吞并比利时的书面文件递给了英国大臣，这是争取英国保持中立的最后一道保险阀。军事方面，毛奇从普奥战争后就确定了包围和歼灭法军的战略方针，他的奇袭快攻战术和一支经过高度训练的战斗部队，使俾斯麦对自己的胜利充满信心。怀着这样的信念，7月31日，身着后备军现役少将军服的俾斯麦，陪同国王威廉一世亲赴前线督战。
军事行动从一开始就对法军不利。战争远非拿破仑三世所估计的只是到柏林的一次“军事散步”，而是面对一个民族的抵抗。尚未完成动员的法军，因未能在边界集结优势兵力，从一开始就被迫应付普军38.4万精锐之师的分割合围。经过8月初的几场交锋，南线法军和北线法军主力相继为普军所败，战争主动权开始落入普军手中。为了阻止南、北两部分法军的会合，普军乘胜前进，切断了他们的联系。8月18日，普军在格拉夫洛特和圣普里瓦大败巴赞元帅所率领的北路法军，后者被迫退入梅斯要塞，但很快被普军团团围住。麦克马洪元帅奉命救援被围的巴赞大军，但普军以优势兵力阻止了这一计划的实现，麦克马洪被迫退守色当，在这里他和随军的拿破仑三世一起陷入普军重围。
9月1日，弥漫的晨雾刚一消散，400门普军大炮就向默兹河东岸的法军阵地发起怒吼。俾斯麦和威廉一世及毛奇、罗恩等人站在离主战场不远的一个小丘上，用望远镜目睹了这场惊心动魄的世纪大战。战役开始不久，毛奇放下望远镜对普王说：“近卫师进攻了，我祝贺陛下取得本世纪最伟大的胜利。”9月2日，色当陷落，拿破仑三世率12万法军向普王投降。9月27日，斯特拉斯堡陷落。10月27日，梅斯投降，巴赞元帅连同17万法军一并成为普军俘虏。色当战役宣告了法国主宰欧洲局势时代的终结。从此，势力均衡开始发生惊人的改变。9月4日，巴黎发生革命，宣布推翻第二帝国，由特罗胥、茹尔·法夫尔和甘必大组成所谓的“国防政府”，但长驱直入的德军很快将巴黎团团围住。9月19日夜晚，俾斯麦在费里埃接见了茹尔·法夫尔，双方就议和问题进行了初步的会谈。1871年1月28日双方订立停战3周的协定；2月26日，在凡尔赛签订了预备和约。随后经过在布鲁塞尔和法兰克福的进一步谈判，双方于5月10日缔结了法兰克福正式和约。根据和约条款，法国将阿尔萨斯（贝尔福除外）和洛林东部（包括梅斯）割让给德国，并支付赔款50亿法郎，赔款付清前，德军将驻扎在法国北部。
在对法胜利后的一片狂欢声中，俾斯麦着手实现王朝战争的最重要目的：宣布新的德意志帝国的成立。早在1870年11月，胜利的兴奋浪潮便推动南德四邦相继加入德意志联邦。现在只剩下新的联合的地位和名称尚有待确定。不过，已没有人怀疑，新的德国应是一个帝国，普鲁士国王将接受皇帝的称号，但困难在于，必须以某种形式来创立一个“帝国”，以便使各邦不再把新的联合视为普鲁士的扩大；此外，还要说服威廉一世接受一个新的称号，因为这位老国王已表示不愿从人民手中接受帝冕，而且一听说要把老的普鲁士称号撂下，就感到痛心。俾斯麦的工作首先从劝说国王接受帝位做起。他巧妙地鼓动巴伐利亚国王以德意志诸侯的名义请求威廉国王重建德意志帝国并接受皇冠，并在这个问题上争取到了太子的支持。在他们的联合敦促下，国王终于在12月16日勉强同意接见一个由30名国会议员组成的代表团。最终，国王接受了请他就帝位的劝进书。
但是，直到帝国建立的最后关头，皇帝的正式称号仍然没有取得一致意见。受资产阶级自由派支持的王太子希望用“德意志人的皇帝”称号；而威廉国王直到最后一天还坚持要使用“德国皇帝”这一较为威严的称号。俾斯麦认为恰恰是这个“包含对非普鲁士地区行使君主权力”的威严称号有可能对消除南德各邦的疑虑带来危害，他坚持使用巴伐利亚国王劝进书中使用的“德意志皇帝”称号。
新帝国的成立仪式选定于1871年1月18日在凡尔赛的镜厅举行。这一天正好是第一位普鲁士国王加冕的170周年纪念日。在72米长的镜厅内，17面曾经捕捉过太阳王风采的镜子，如今映照的是德国军服和勋章的光辉。在为威廉皇帝举杯祝酒的欢呼声中，一个强大的新德意志帝国在欧洲勃然兴起。