Поражение Австрии в Итальянской войне имело положительные последствия для стран, входящих в состав империи. Франц Иосиф вынужден был подписать так называемый «октябрьский указ» (от 20 октября 1860 года), а в феврале 1861 года ввести в стране конституцию. В 1867 году весьма либеральная конституция была дана и венграм. Она предоставила им полную автономию, уравняла в правах с австрийцами, позволила организовать все внутреннее управление страной на национальных началах и иметь собственную армию. В том же году Франц Иосиф короновался в Будапеште как венгерский король. С этого времени страна была преобразована в двуединую монархию под названием Австро-Венгрия.
Вслед за тем была введена полная автономия в Галиции и частичная в Чехии. Во всей империи был установлен суд присяжных и признана несменяемость судей. Было объявлено равноправие вероисповеданий. С введением всех этих общественно-политических изменений Австрия вошла в ряд наиболее прогрессивных стран Европы. Последующие годы показали, что политика реформ, несмотря на ее умеренность, принесла стране хорошие результаты: усилилась армия, окрепли финансы, строительство многочисленных железных дорог привело к промышленному подъему, большие успехи были достигнуты в области просвещения, Вена и другие города стали больше и богаче.
Однако на внешнеполитическом горизонте империи тучи так и не рассеялись. Австрия не сумела плодотворно использовать для своей монархии недолгие годы перемирия после Итальянской войны. А вот Италия сумела за это время объединить свои усилия в борьбе за свою независимость с Пруссией. В 1866 году началась новая, австропрусская война. Итальянцы со своей стороны стремились отвоевать у Австрии все земли Северной Италии. Виктор Эммануил даже обратился к Францу Иосифу с предложением выкупить Венецию. Но возмущенный император ответил на это: «Габсбурги не торгуют своей территорией, могут ее только подарить, если пожелают».
Австро-Венгрии очень трудно было бороться на два фронта. Решающая битва с прусской армией, которой командовал генерал фон Мольтке, состоялась 3 июля 1866 года у деревни Садова в Чехии. Пруссаки имели превосходство в артиллерии и другом, более современном вооружении. В многонациональной австрийской армии под командованием генерала Бенедека солдаты, представляющие разные народы империи, не желали сражаться за Франца Иосифа. Тысячи венгров, румын и итальянцев дезертировали прямо на поле боя. Поэтому австрийская армия не выдержала прусских атак и отступила. В этом сражении только убитыми и ранеными австрийцы потеряли 23 тысячи человек, еще 21 тысяча солдат и офицеров была взята противником в плен и дезертировала. Остатки полуокруженных австрийских войск вынуждены были отойти за Эльбу.
Прусские войска по политическим причинам не стали преследовать противника и идти на штурм Вены. Тем более, что их итальянские союзники потерпели тяжелое поражение в битве у Кустоццы с австрийскими войсками под командой великого князя Альбрехта. Но, несмотря на это, война с Пруссией закончилась для империи Габсбургов поражением. Согласно условиям перемирия, Австро-Венгрия передала победительнице Гольштейн, захваченный австрийцами у Дании в 1864 году, а Италии досталась Венецианская область. Политическим же результатом этой войны стал окончательный отказ Австро-Венгрии от объединения германских государств под своим началом и выход ее из Германского союза. Был закреплен окончательный переход гегемонии в Германии к Пруссии, возглавившей Северогерманский союз.
Но вскоре военные действия на европейском континенте с участием австрийцев возобновились. В 1870 году обострилось французско-прусское соперничество за владение Люксембургом. Наполеон III, учитывая обиды нанесенные Пруссией Австро-Венгрии в 1866 году, решил привлечь ее на свою сторону. И Франц Иосиф, забыв о том, что еще недавно нелицеприятно называл французского монарха «архимерзавцем» и «мошенником», согласился ему помочь. Он направил в Париж своего прославленного полководца, великого князя Альбрехта для участия в переговорах. На них было достигнуто формальное соглашение об участии Австрийской империи в войне против Пруссии. По разработанному союзниками плану 80-тысячная итальянская армия должна была наступать на Пруссию через Балканы, а 150-тысячная австрийская атаковать ее со стороны Чехии. Однако в самый ответственный момент Франц Иосиф изменил союзническим обязательствам. В Париж была отправлена депеша, в которой Вена с сожалением заявляла, что не может прийти на помощь Франции. Формальным предлогом такого решения была ссылка на то, что Россия придет на помощь Пруссии.