В 1765 году умер император Франц I, и овдовевшая Мария Терезия назначила соправителем своего сына – императора Иосифа II. Их младший сын Пьетро Леопольд становится великим герцогом Тосканы вместо своего отца. Он приехал во Флоренцию и начал управлять государством сначала с помощью доверенных министров, а потом самостоятельно. Пьетро Леопольд проводил умеренные, но последовательные экономические и социальные реформы: он продолжил осушение болот и оздоровление сельской местности, продвигал научные исследования во всех областях науки и медицины, значительно пополнил коллекцию Медичи картинами, китайским и европейским фарфором, научными инструментами. Для церкви Сан-Лоренцо герцог заказал главный алтарь, выполненный из полудрагоценных камней в стиле флорентийской мозаики по проекту Гаспаре Марии Паолетти в 1787 году на фабрике обработки самоцветов.

В области медицины благодаря герцогу Лотарингскому стала проводиться систематическая вакцинация от оспы. В 1750 году герцог ввел закон о праздновании Нового года 1 января, как везде в Европе. До этого в Тоскане Новый год так и праздновали, в отличие от всех остальных, 25 марта, в день католического Благовещения. Под руководством Пьетро Леопольда 30 ноября 1786 года Тоскана стала первым в мире государством, отменившим смертную казнь. Этот герцог был ярким примером просвещенного правителя и сумел заслужить уважение тосканцев. Главным событием во времена его правления стала ликвидация средневековых гильдий, которые существовали много столетий и были главным препятствием экономической и социальной эволюции промышленности. Он оставил только единственный цех: юристов и нотариусов. Пьетро Леопольд был женат на Марии Луизе Испанской, дочери испанского короля Карла III. У них тоже родилось 16 детей, один из которых, Франц II, станет последним императором Священной Римской империи.

В 1790 году император Иосиф II умирает бездетным, и его брат Пьетро Леопольд наследует императорскую корону под именем Леопольд II. Великим герцогом Тосканы становится его второй сын, Фердинанд III Лотарингский, который управлял герцогством до своей смерти в 1824 году, с перерывом в 13 лет. В 1801 году Тоскану захватил Наполеон и объединил ее с герцогством Лукка. Он назвал это государство королевством Этрурия, и вскоре передал правление своей старшей сестре Элизе Бачокки. Фердинанд III отправился в изгнание в Вену к своему брату Францу II. Элиза жила во дворце Питти и часто посещала загородную виллу Медичи в Поджо-а-Кайано, где у нее завязался роман с известным музыкантом-виртуозом Никколо Паганини. Многие залы дворца и вилл были украшены по ее заказу фресками и обставлены мебелью в классическом стиле, впервые во Флоренции в помещениях были построены ванные комнаты.