Такие вопросы, как дело вальденсов, изгнание провансальских евреев или реформа духовенства, были для Людовика XII второстепенными, а его главной заботой стало избрание кардинала д'Амбуаза Папой. Возможно, он считал, что реформировать Галликанскую Церковь будет проще с французом в качестве Папы, но он не мог не осознавать огромные выгоды, которые получит французская монархия если его друг и доверенный советник займёт трон Святого Петра, особенно это касалось амбиций короля в Италии. Людовик был полностью предан идее избрания своего друга понтификом. Гвиччардини писал после смерти Александра VI, что д'Амбуаз "надеялся получить понтификат благодаря власти, деньгам и армии своего господина"[577].

Когда в августе 1503 года до находившегося в Маконе Людовика дошло известие о смерти Александра VI, он и его первый министр были готовы к предстоящему конклаву. Двумя годами ранее король освободил из плена брата Лодовико Моро, кардинала Асканио Сфорца, и тот сопровождал д'Амбуаза в Рим. Нет прямых доказательств того, что освобождение кардинала было связано  обещанием проголосовать за д'Амбуаза на следующем конклаве, но Гвиччардини был одним из тех, кто считал, что такое обещание было дано[578]. Кардинал Арагонский, брат короля Неаполя, находившийся тогда в изгнании во Франции, был тоже отправлен в Рим с оплатой всех расходов. Французы также рассчитывали на поддержку очень влиятельного кардинала Джулиано делла Ровере, поскольку тот из-за своей яростной оппозиции Александру VI провел десять лет в изгнании во Франции. Людовик был к нему щедр и когда в 1503 году появились слухи о смерти Александра VI, он отправил к делла Ровере кардинала Нантского, с предложением чтобы тот поддержал кандидатуру друга короля[579]. Людовик также заключил тайное соглашение с Чезаре Борджиа, пообещав в обмен на поддержку д'Амбуаза утвердить его в нынешних владениях. Чезаре, со своей стороны, заручился обещанием одиннадцати испанских кардиналов проголосовать за того, на кого он укажет. С другой стороны, помимо д'Амбуаза было всего три других французских кардинала. В 1503 году король был разгневан, когда узнал, что Александр VI назначил двенадцать новых кардиналов, и ни один из них не был французом, в то время как пять были испанцами[580]. Гвиччардини утверждал, что д'Амбуаз несколько раз пытался смягчить гнев Людовика на Александра VI в надежде, что Папа назначит членов его семьи кардиналами и таким образом увеличит число голосов за него[581].

В результате того, что Александр VI во время своего понтификата создал большое количество кардиналов, в основном с целью получения дополнительного дохода, поскольку от новых кардиналов ожидались щедрые пожертвования, на конклаве присутствовало тридцать семь кардиналов — на тот момент самое большое количество. Итальянцев было двадцать два, то есть чуть меньше двух третей, необходимых для избрания нового Папы, но они были разделены на фракции. Профранцузская фракция была довольно немногочисленна и включала двух единственных французских кардиналов, присутствовавших на конклаве, д'Амбуаза и Аманье д'Альбре.

Людовик не жалел усилий, чтобы сделать своего друга Папой. Венецианский посол в Риме сообщал:

В продолжении темы посол сообщил, что итальянские кардиналы намеревались сорвать планы Людовика, поспешно проведя конклав, не дожидаясь приезда французских кардиналов, но он ожидает, что французский король использует свою армию находившуюся в районе Рима, чтобы это предотвратить. Ла Тремуй, возглавлявший французскую армию в Италии, действительно получил приказ остановить поход на Неаполь и занять позицию, позволяющую повлиять на конклав. Тем временем, 28 августа, д'Амбуаз покинул Макон и отправился в Рим "с щедрыми серебряными подношениями", в сопровождении многочисленных дворян и 200 стрелков королевской гвардии[583]. Он прибыл в Рим вечером 10 сентября и, несмотря на поздний час, был встречен огромной толпой, кричащей: "Руан! Руан!"

Несмотря на все предпринятые меры, попытка д'Амбуаза провалилась. Чезаре Борджиа заболел, и не смог проконтролировать, чтобы его клиенты-кардиналы проголосовали за французского кандидата. В связи с отсутствием Чезаре испанские кардиналы следовали указаниям Изабеллы и Фердинанда, ясно давшим понять, что не хотят Папу-француза, а испанские войска также были переброшены в окрестности Рима. Асканио Сфорца продолжал за кулисами агитировать за д'Амбуаз. К тому же он сам надеялся быть избранным и занял более 100.000 дукатов, "чтобы купить голос Святого Духа, если выборщикам не удастся его услышать"[584]. А вот делла Ровере не оказал той поддержки, на которую рассчитывали французы. Он жаловался, что французский король обещал сделать его Папой, а теперь отказывается от своих обещаний и добавлял, что будет заботиться о своих интересах и не будет голосовать за д'Амбуаза, если у француза не будет достаточно голосов для победы, чего он в общем-то не ожидал[585]. Прежде чем кардиналу Руанскому стало ясно, что делла Ровере действует против него, он позволил ему убедить себя отдать приказ французским войскам отойти от Рима на десять миль.

Через шесть дней после прибытия д'Амбуаза в Рим, в Ватиканском дворце открылся конклав, на котором присутствовало тридцать семь кардиналов. После первого голосования и подсчёта бюллетеней стало ясно, что есть три ведущих кандидата: д'Амбуаз, делла Ровере и испанец, кардинал Карвахаль. Сфорца проголосовал за д'Амбуаза, но не смог убедить кого-либо из своих союзников последовать его примеру. Через неделю конклав зашел в тупик. Тогда д'Амбуаз, как и другие ведущие кандидаты, занялись поисками кардинала, за которого он мог бы проголосовать и который, вероятно, не проживет долго. Как сообщал Джустиниани: "Когда кардинал Руанский увидел, что его не могут избрать, он подумал, что если он сам не может стать Папой, то ему лучше избежать унижения избрания того, кто ему не нравится. Поэтому стал создавать видимость того, что любой избранный Папой есть его выбор". В конце концов выборщики остановились на 64-летнем кардинале Пикколимини, племяннике Пия II, человеке со слабым здоровьем, и поэтому являвшимся максимально нейтральным кандидатом. Он и был 22 сентября провозглашен Папой[586].

Хотя большинство было согласно с тем, что новоизбранный Папа принявший имя Пий III был достойным занимать трон Святого Петра, Людовик сильно гневался, что избрали не его друга. И большую часть своего гнева он обрушил на Чезаре Борджиа: "Этот сын шлюхи помешал кардиналу Руанскому стать Папой"[587]. Как уже отмечалось, задержка французской армии у Рима для давления на конклав стала одним из факторов её окончательного поражения в Неаполе. Таким образом, кампания по избранию д'Амбуаза Папой обернулась для интересов Людовика катастрофой, тем более что Пий III умер через двадцать шесть дней после вступления в должность. Он был избран в основном потому, что другие кандидаты не ожидали от него долгого понтификата и измученный длительными церемониями коронации, он значительно превзошёл их ожидания.