Początkowo nie poparł zamachu stanu Ludwika Napoleona, później jednak pogodził się z nowym systemem, po ustanowieniu cesarstwa został mianowany senatorem i do czasu narodzin późniejszego Napoleona IV w r. 1856 był następcą tronu. Często jednak pozostawał w opozycji do rządu cesarskiego kuzyna.
W czasie wojny krymskiej zgłosił się na ochotnika do wojska i w 1854 roku został wysłany na Wschód jako dowódca III dywizji wojsk francuskich, gdzie odznaczył się w czasie bitwy nad rzeką Almą. Nie zgadzając się ze sposobem prowadzenia wojny (zbyt mała agresywność, układy z Austrią etc.), skłócony z nowym głównodowodzącym Canrobertem i chory, bez zezwolenia powrócił do Francji. Zarzucano mu dezercję, jego dziecięce przezwisko Plon-Plon złośliwi przerobili na Craint-Plomb (bojący się ołowiu).
Po powrocie do Francji książę Napoleon przewodniczył Wystawie Światowej w Paryżu w 1855 roku, funkcję tę pełnił także w czasie następnej paryskiej wystawy w 1867 roku. W 1858 roku objął utworzone dla niego Ministerstwo Algierii i kolonii, jednak ze względu na brak wyraźnie określonych prerogatyw, po kilku miesiącach zrezygnował z tej funkcji.