Gdy Francja ponownie zajęła Lotaryngię w 1670 roku, zarówno Karol, jak i jego wuj walczyli w armii cesarskiej podczas wojny francusko-holenderskiej w latach 1672–1678. Został ranny w bitwie pod Seneffe w 1674 roku i zastąpił wuja w Nadrenii po jego śmierci w 1675 roku, biorąc udział w odbiciu Philippsburga w 1676 roku. W uznaniu tego awansował w 1676 roku na stopień Generalfeldmarschall, ale nie był w stanie wykorzystać tych zdobyczy, głównie z powodu złej logistyki; w ostatnich etapach wojny został przechytrzony przez de Créquy'ego i poniósł drobne porażki pod Rheinfeld i Ortenbach.
Traktat z Nijmegen z 1679 roku potwierdził jego tytuł księcia Lotaryngii, ale Francja zachowała terytorium, a w 1681 roku zaanektowała również Strasburg, stolicę Alzacji. Perspektywy Karola na odzyskanie księstwa wydawały się coraz bardziej odległe, a gdy w 1683 roku wybuchła V wojna austriacko-turecka, został mianowany dowódcą armii cesarskiej. Był w mniejszości ze strony Osmanów, których wspierali również antyhabsburscy Węgrzy znani jako Kurucowie, a także mniejszości niekatolickie, które sprzeciwiały się antyprotestanckiej polityce Leopolda I Habsburga.