Durante este tiempo levantó la Iglesia de las Monjas Premonstratenses (grabado por Marot).
A la muerte de su suegro, se convirtió en arquitecto del rey Luis XIV.
De 1667 a 1676, d'Orbay dirigió la obra realizada en Versalles por Le Vau.
En 1671-1672 construyó la segunda capilla del Palacio de Versalles, en el ala sur, destruida en 1674.
En 1673-1674, introdujo la iluminación cenital por primera vez en Francia para la gran escalera del rey.
Según el arquitecto Albert Laprade, François d'Orbay fue un genio no reconocido que fue denostado por cortesanos como Louis Le Vau o Jules Hardouin-Mansart[7] pero en realidad demostró ser mejor dibujante que arquitecto.