Maximiliaan kwam op 28 mei 1864 aan in Veracruz. De Mexicaanse liberalen onder president Benito Juárez weigerden echter hem te erkennen. De republikeinen voerden continu oorlog met de Franse troepen. De keizer en de keizerin installeerden zich op de Chapultepec, een heuvel buiten Mexico-Stad waar de Azteekse keizers verbleven en later een militaire academie was gevestigd. Hij beval dat er een brede laan moest komen van het stadscentrum naar zijn paleis. Oorspronkelijk heette deze Laan van de Keizer, maar tegenwoordig Paseo de la Reforma (Laan van de Hervorming) – genoemd naar de liberale hervormingen van president Benito Juárez.
Maximiliaan en Charlotte hadden geen kinderen. Ze adopteerden daarom twee kleinzoons van de vorige Mexicaanse keizer Agustín de Iturbide, de neven Agustín de Iturbide y Green en Salvador de Iturbide y de Marzán. Agustín zou de troonopvolger worden en kreeg de titel Zijne Hoogheid de Prins van Iturbide.
Tot onvrede van zijn conservatieve medestanders steunde Maximiliaan verschillende liberale hervormingen van de regering-Juárez, zoals landhervormingen, godsdienstvrijheid en uitbreiding van het stemrecht. De keizer bood Juárez aanvankelijk amnestie aan als hij trouw zou zweren aan de kroon, wat hij weigerde. Daarna beval Maximiliaan dat alle gevangengenomen volgelingen van Juárez zouden worden doodgeschoten. Deze tactische fout vergrootte alleen maar de aanhang van de oppositie.
Na de Amerikaanse Burgeroorlog begonnen de Verenigde Staten de republikeinen van wapens te voorzien. In 1866 was het wel duidelijk dat Maximiliaan het niet lang meer zou volhouden. Naar aanleiding van het groeiende Mexicaanse verzet en de Amerikaanse monroedoctrine trok Napoleon III in dat jaar zijn troepen uit Mexico terug. Keizerin Charlotte reisde af naar Europa om in Parijs, Wenen en bij de paus in Rome steun te zoeken voor het bewind van haar echtgenoot. Dit lukte haar niet en ze raakte in een diepe emotionele crisis. Ze zou nooit meer naar Mexico terugkeren.
Napoleon III drong er bij Maximiliaan op aan zich uit Mexico terug te trekken, maar hij weigerde zijn volgelingen te verlaten. In februari 1867 trok hij zich terug naar Santiago de Querétaro waar hij wekenlang werd belegerd. Op 11 mei trachtte hij te vluchten, maar werd onderschept en door de krijgsraad ter dood veroordeeld. Vele Europese monarchen en andere prominenten (onder wie Victor Hugo en Giuseppe Garibaldi) zonden brieven met het verzoek Maximiliaans leven te sparen. Juárez weigerde echter het oordeel te herroepen, daar hij van mening was dat het noodzakelijk was te laten blijken dat Mexico geen door een vreemde mogendheid opgelegde regering aanvaardde.
#/media/Dosya:Maximilian_I_of_Mexico_portrait_standing.jpg){kind=link}