No governo de Duarte da Costa ocorreram diversas incursões de corsários de potências européias, entre elas a dos franceses. Aportaram na Baía de Guanabara em 1555, com o objetivo de instalar um núcleo colonial, a França Antártica. Chefiados por Nicolau Durand de Villegagnon, ali fundaram o Forte de Coligny. Pretendiam garantir a exploração do pau-brasil no litoral sul e conseguir um espaço onde os protestantes franceses pudessem exercer livremente sua religião. Fizeram amizade com os índios tupinambás, que, junto com outras nações indígenas, guerreavam com os portugueses contra sua escravização. A união das tribos indígenas contra os portugueses ficou conhecida como a Confederação dos Tamoios.
Mem de Sá, o terceiro governador-geral, cujo governo durou 15 anos, veio para o Brasil com três metas bem definidas: pacificar a administração, atenuando os conflitos entre indígenas e colonos; restabelecer as relações com o Bispado, estremecidas durante o governo anterior; e expulsar os franceses do Rio de Janeiro. Em um breve espaço de tempo, atingiu as duas primeiras metas. A expulsão dos franceses só se efetivou em 1567.
A primeira expedição organizada por Mem de Sá contra os franceses ocorreu em 1560. Com a destruição do Forte de Coligny, foram expulsos temporariamente da Baía de Guanabara. Em 1563, a metrópole enviou reforços para o governador, consubstanciados na expedição de Estácio de Sá, seu sobrinho. Em 1º de março de 1565, Estácio de Sá fundou a cidade de São Sebastião do Rio de Janeiro, que serviria inicialmente de base na luta contra os franceses e seus aliados indígenas.
A luta com os franceses prosseguiu até 1567, quando Estácio de Sá recebeu reforços militares e ajuda de índios, chefiados por Arariboia, adversário dos tamoios e aliado dos portugueses. Por seu lado, os jesuítas, liderados por Manuel da Nóbrega e José de Anchieta, pacificaram os índios tamoios de São Vicente, fazendo com que retirassem seu apoio aos franceses, em troca da promessa de não serem mais atacados nem escravizados. Sem esse apoio, os franceses não conseguiram resistir, sendo definitivamente expulsos do Rio de Janeiro. Estácio de Sá, vítima de uma flechada no decorrer da luta, morreria algum tempo depois.
Em 1572, após a morte de Mem de Sá, o governo português dividiu o governo-geral do Brasil em dois: o do norte, com sede em Salvador, e o do sul, com sede no Rio de Janeiro. Pretendia, com essa medida, organizar melhor a administração da colônia, fortalecer a ocupação do Rio de Janeiro e de São Vicente, sempre ameaçadas pelos franceses e espanhóis, e estimular a penetração para o sul e o interior. Sem ter atingido plenamente seus objetivos, a Coroa portuguesa resolveu, em 1578, unificar novamente a administração da colônia.
