עם מות אחיו פרנצ'קסקו ללא יורשים, נקרא פרדיננדו, בגיל 38, לשוב לפירנצה ולרשת אותו כדוכס הגדול. בניגוד לאחיו, שלא היה פעיל מבחינה שלטונית, והותיר במידה רבה את שלטון בדוכסות לידי והמנגנון הפקידותי היציב שהקים אביו, ביקש פרדיננדו לשלוט בפועל ולקדם מיזמים רבים לרווחת תושבי הדוכסות ולפיאור שמה ושמו של בית מדיצ'י, שבתקופתו הקים סניפים של הבנק המשפחתי ברחבי אירופה. בין היתר הורה פרדיננדו על ייבוש ביצות, נטיעת עצי תות לאורך הדרכים עבור תעשיית המשי, סלילת דרכים ופיתוח הנמל בליבורנו. הוא גילה יחס סובלני ליהודים ואף הוציא צו המזמין סוחרים יהודים להתיישב בליבורנו ובפיזה.[1]
ב-1608 תמך פרדיננדו במשלחת לחופי גיאנה הצרפתית של ימינו, בשם "משלחת ת'ורנטון", שאף ניסתה להקים באזור מושבה טוסקנית, אך מותו הפתאומי עצר את הניסיון. עם מותו, בפברואר 1609 הותיר מדינה עשירה ויציבה, אך נסיונותיו בשדה הדיפלומטיה הבין לאומית היו בעוכרי הדוכסות וגררו אותה אל שורה של סכסוכים ומאבקים.