Als 1562/63 Coligny zur reformierten Kirche konvertierte, verlor er alle seine kirchlichen Ämter und wurde durch Papst Pius IV. mit Wirkung vom 31. März 1563 exkommuniziert. Schon länger ein Sympathisant der Hugenotten, trat er jetzt öffentlich für deren Sache ein und wurde auch einer ihrer Anführer. Öffentlich und ohne kirchliches Sakrament heiratete er um 1564 Isabelle Hauteville.
Bei Saint-Denis focht er mit Auszeichnung. 1568 floh Coligny mit einigen Anhängern nach England. Am englischen Hof warb er für seine Ideen und hoffte von Königin Elisabeth I. finanziell unterstützt zu werden. Inzwischen war Coligny auf Betreiben des Pariser Parlements als Hochverräter angeklagt und aller Ehren und Ämter für verlustig erklärt worden.
Coligny blieb daher im englischen Exil, wo er mit Einverständnis des französischen Königs Karl IX. verschiedene geheime Aufträge erledigte. Für den Herzog von Anjou warb Coligny u. a. um die Hand der Königin. Als Coligy England verlassen wollte, um in seine Heimat zurückzukehren, wurde er durch einen seiner Diener vergiftet. Diesem Giftanschlag erlag Coligny im Alter von beinahe 54 Jahren am 14. Februar 1571. Seine letzte Ruhestätte fand er in der Kathedrale von Canterbury.