Мнозина във Флоренция смятат победата за безполезна, тъй като градът носи на херцогството по-малко от 60 000 флорина годишно. Козимо обаче е на противното мнение, тъй като това е най-голямото разширяване, което Флоренция добавя към своите територии и което дори е гарантирано от император Карл V. Сложното и неустойчиво „демократично“ управление на Сиена от векове наред е причина за осакатяващи вътрешни борби и външни чуждестранни авантюри, които обикновено са за сметка на Флоренция, но сега управлението на града е част от стабилния и ефикасен флорентински административен апарат. На практика и в един по-малък мащаб Сиена е част от Флорентинската империя, като към тази бързо разрастваща се империя скоро е прибавен остров Елба на юг от Тосканския бряг, закупен от Козимо през 1548 година от Генуа с намерението да го превърне във военноморската база на херцогството. В амбициите на Козимо влиза и превръщането на Флоренция в морска сила, като за целта същевременно се развива и търговската флота с разширяването на пристанищния град Ливорно. За да привлече нови граждани и да стимулира международната търговия, Козимо I (както вече е известен) обявява Ливорно за град, където всеки е свободен да изповядва своята религия, в резултат на което градът започва да привлича турци, евреи и дори преследвани английски католици. До началото на следващия век Ливорно се сдобива с най-многобройното еврейско население по западното Средиземноморие.
За разлика от всеки друг Медичи след Козимо Pater Patriae херцог Козимо I има строг дневен режим. Става преди изгрев-слънце, за да проучи последните доклади на различните съвети и други обществени служби. Козимо има афинитет към воденето на досиета и архиви, често поръчва статистически проучвания, преброявания на населението и доклади, свързани с бъдещото развитие. Пряк резултат от това е мрежата от канали, разпростираща се из Тосканската провинция и имаща както напоителни, така и плавателни функции. Козимо вдъхва нов живот в западащите университети на Флоренция и Пиза, като прокарва радикални реформи и насърчава особено много изучаването на естествените науки. Дори сред хуманистите те все още са известни като естествена философия, въпреки че на практика науката е на границата на голям вододел, който един ден ще раздели хуманитарните от естествените науки.
Козимо често продължава да работи и по време на обедните жеги, но държи в късния следобед редовно да спортува. През зимата излиза да язди, когато времето е лошо, вдига тежести, а през лятото програмата му включва и плуване в река Арно. Веднъж това почти му струва живота, когато незнайни убийци поставят редици от копия и остриета под повърхността на водата на мястото, където обикновено се гмурка. За щастие един от прислужниците му съзира отблясъка на едно от остриетата. Има много опити за убийството му и Козимо никога не излиза, без да бъде придружен от няколко телохранители, взети от отряда на Швейцарската гвардия в града, която заменя испанския гарнизон на Карл V. Извършена е още една показателна промяна — когато тези войски са преместени от Фортеца да Басо в казарма точно до площада на Сеньорията, сградата става известна като Лоджа деи Ланци, като последната дума е погрешно италианско произношение на немското ландскнехт, както подвеждащо били известни швейцарците. Стражите на Палацо Векио в херцогските покои трябва само да дадат сигнал с тръбата и швейцарските гвардейци веднага ще се притекат на помощ.
Елеонора де Толедо бързо се отегчава от тесните зали и стаи в Палацо Векио, а и няма никакво желание да живее в малък дворец, разположен до казармите на пияни наемници. Положението се усложнява още повече от клетката на лъвовете на виа деи Леони зад двореца — те я плашат с ревовете, които надават през нощта, а в горещините вонята им е нетърпима. Елеонора е горда испанска аристократка, израснала в истински неаполитански дворец, обзаведен с всички бляскави предмети и съкровища от вицекралството, и няма никакво желание да се задоволява с по-малко, защото е омъжена. Във Флоренция има само един дворец, който отговаря на подобни изисквания — обширният и незавършен дворец Пити, помпозната прищявка, станала свидетел на краха на Лука Пити по времето на Пиеро Подагричавия. През 1549 година Елеонора де Толедо купува едва за 9 000 флорина от личното си богатство двореца Пити, след което архитекти и декоратори веднага се заемат за работа, за да направят двореца подходящ за една херцогиня с вицекралска кръв. Козимо лично следи засаждането на градините на големия парцел зад двореца, купен от рода Боголи. Името на рода е изопачено и те стават известни като градините Боболи, които до ден днешен са зелен рай от сенчести алеи, статуи и просторни гледки към хълмовете, намиращи се само на километър и половина от центъра на града. Те все още свидетелстват за интереса на Козимо към ботаниката, защото той не само насърчава изучаването на естествените науки, но и сам се занимава с тях.