E’ segnalato a Chivasso di cui è eletto governatore. Punta su Settimo Torinese con due compagnie di cavalli e 200 fanti. Mette a sacco le campagne. Da Volpiano escono Federico Savelli, Pietro da Lignana, Sigismondo Gonzaga e Girolamo della Marra. Si salva a stento con la fuga dopo essersi  imbarcato sul Po. I fanti sono catturati dagli imperiali che si impossessano pure di 200 carri di fieno.

Viene contattato da Ferrante Gonzaga con i fratelli Ludovico e Girolamo per defezionare nel campo imperiale: le trattative non approdano a buon fine.

Alla morte del duca Carlo di Savoia esegue con Raimondo di Salvayson ed il fratello Ludovico una brillante azione su Vercelli (in cui entra per trattato) che frutta ai francesi un ricco bottino e molti prigionieri. La città è messa a sacco. E’ derubato, fra l’altro, il tesoro ducale: 80000 scudi (in gioielli, mobili ed oggetti di arredamento vari) è la parte spettante al re di Francia; il resto viene diviso tra Carlo da Birago ed il Salvayson. Solo la Santa Sindone si salva dalla rapacità dei saccheggiatori grazie alla presenza di spirito di un canonico della cattedrale, Antonio Costa, che riesce a nascondere sotto gli occhi dei francesi in una cassetta il prezioso Sudario di Cristo. Per altre fonti è invece il francese Brissac che permette il trasferimento in salvo della Sindone. Il giorno seguente i francesi si ritirano dalla località a causa dell’avvicinarsi degli imperiali condotti da Cesare da Napoli. Carlo da Birago affianca ancora il fratello Ludovico all’ espugnazione di Cardé che termina con grande spargimento di sangue e l’uccisione dell’intero presidio.

Raggiunge il fratello Ludovico alla difesa di Santhià: tiene in scacco gli spagnoli del duca d’Alba. Per i suoi meriti è nominato governatore di Chivasso.

A fine mese segue il Brissac alla conquista del castello di  Masino. Dopo un fuoco di artiglieria nel cui corso sono sparati milleduecento colpi di artiglieria è aperta una breccia nelle mura: i difensori si arrendono a patti. I soldati escono da Masino senza armi ad insegne spiegate e sono condotti in salvo a Vercelli.

Tratta con gli imperiali il passaggio suo e di tutti i suoi famigliari al servizio dell’imperatore Carlo V. Si incontra a questo fine con il fratello Giacomo Antonio che gli è inviato dal castellano di Milano Giovanni di Luna. Al fallimento delle trattative, riprende il conflitto. Prende parte alla conquista di Casale Monferrato.

Con la firma della pace di Cateau-Cambrésis si reca in Francia;  si trova coinvolto nella disputa cavalleresca che oppone il fratello Ludovico con Scipione Vimercati.

Riprende attivamente il proposito di passare al servizio degli spagnoli. Non hanno parimenti successo analoghe trattative condotte con il duca di Savoia ed i veneziani.

Si incontra a Torino con il segretario dell’ ambasciatore veneziano per ottenere dalla Serenissima un prestito: la somma richiesta gli dovrebbe permettere di conservare per conto dei francesi alcune piazzeforti (Torino, Pinerolo, Chieri, Chivasso, Villanova d’Asti), che, peraltro, avrebbe dovuto già restituire al duca di Savoia nell’agosto precedente.

Viene eletto governatore di Savigliano;  gli è pure conferito il collare dell’ordine di San Michele. E’, inoltre,  promosso maresciallo di campo.

Succede al fratello Ludovico nelle sue cariche di governatore di Saluzzo e di luogotenente generale del re di Francia al di qua dei monti. Nell’esercizio delle sue funzioni si dimostra intollerante verso i riformati.

Intima ai protestanti delle valli di Perosa e di Pragelato di astenersi dalle pratiche del loro culto; al  rifiuto, ricorre ad una spedizione che si rivela disastrosa.

E’ sempre sottoposto alla pressione degli ugonotti. Scoppia una rivolta a Dronero e nella Val  Macra; reagisce in modo rapido ed impedisce che i disordini si estendano alle altre terre da lui governate. Con l’aiuto del duca di Savoia sventa pure i piani militari predisposti dai valdesi e dagli ugonotti.

La sua attività di governatore di Saluzzo è boicottata dal Bellegarde che controlla le fortezze di Carmagnola e di Revello: il duca di Savoia ed il governatore di Milano, il marchese di Ayamonte, eccitano il Bellegarde a ribellarsi a Carlo da Birago. Il maresciallo di Francia, da parte sua, si appoggia sempre più agli ugonotti, al loro capo nel Delfinato, il Lesdiguières, ed al re di Navarra.

A seguito di due differenti missioni di inviati della corte, perviene ad  un compromesso con il Bellegarde: Carmagnola e Revello sono staccate dal marchesato per essere affidate al figlio dei rivale.

Tenta di convincere i riformati a schierarsi dalla sua parte. Ciò provoca un’aspra reprimenda da parte del nunzio pontificio di Torino; nel contempo, i valdesi non si fidano delle sue intenzioni.

Si reca a Lione dalla regina Caterina dei Medici; con i nipoti Mario e Luigi da Birago denuncia le sopraffazioni subite. Il sovrano lo sostituisce nel suo incarico con il la Vallette.

E’ utilizzato da Caterina dei Medici per una missione alla corte del re di Navarra, a Mont de Marsan, volta alla conciliazione tra il re Enrico e Margherita di Valois.