Устроившись гувернанткой к маркизе де Монтеспан в уютный дом на улице Вожирар, Франсуаза добросовестно выполняла свои обязанности. Единственным недостатком, раздражающим метрессу короля, были ее неодобрительные высказывания по поводу поведения хозяйки во время редких визитов Людовика XIV. А вот король, наоборот, был очень доволен воспитательницей и даже пожертвовал ей поместье и титул маркизы де Ментенон. Атенаис выразила по этому поводу крайнее неудовольствие: «Вот как? Замок и имение для воспитательницы бастардов?» Новоявленная помещица ответила достойно: «Если унизительно быть их воспитательницей, то что же говорить об их матери?» Когда в 1674 году маркиза переехала с детьми жить во дворец, туда же поместили и гувернантку. Придворные тут же «приклеили» ей прозвище Льдышка за ее душеспасительные высказывания.
А вот король в обществе этой всегда спокойной и немного загадочной женщины находил явное удовольствие, любил в ее присутствии играть с детьми. Первая попытка Ментенон отлучить его от «грешницы» Монтеспан оказалась неудачной. Но после целого года душеспасительных бесед он наконец решился на окончательный разрыв с фавориткой. Вернувшись из очередного военного похода, Людовик XIV вместе с Ментенон и другими дамами, старавшимися, как и она, спасти королевскую душу, приехал к Атенаис в Кланьи. Догадавшись по окружению о цели его визита, она прервала его скомканную речь, сказав: «Не стоит читать мне проповеди. Я знаю – мое время ушло». И хотя маркиза еще около десяти лет оставалась при дворе, король уже больше никогда не посещал свою бывшую фаворитку. Единственное его участие в ее дальнейшей судьбе состояло в том, что он собственноручно сжег все свидетельства ее причастности к преступным связям с дьяволом, отравлениям и смертям, полученные в ходе расследования «Дела о ядах». Так закончилось шестнадцатилетнее «царствование» второй королевы Франции.
Последним триумфом маркизы де Монтеспан при дворе стал бал, который она устроила в 1685 году по поводу помолвки своей дочери с принцем Конде, Людовиком Бурбонским. После этого она уехала в свой дворец в Кланьи, но ее оттуда выгнал собственный сын, не желавший жить под одной крышей с поверженной матерью. В последние годы жизни, замаливая свои грехи, Атенаис занялась благотворительностью: построила на свои деньги монастырь Святого Иосифа для бедных воспитанниц (там же она и жила), основала госпиталь в Фонтенбло, богадельню в Сен-Жермен и пансион для бедных девиц при монастыре урсулинок. Теперь она стала чрезвычайно набожной и заказывала в монастырях мессы на несколько лет вперед. Злые языки по этому поводу говорили, что, так долго дружа с дьяволом при жизни, маркиза не хотела продолжить эту дружбу после смерти. Она действительно боялась умереть, опасаясь, что после смерти ее ждет ад. Ее кончина в мае 1707 года в провинции Бурбон, куда она поехала на воды лечиться, и похороны были превращены наследниками в настоящий фарс. Сын Атенаис от законного мужа, маркиз д’Антан, прервав охоту, примчался на них лишь для того, чтобы успеть снять с шеи мертвой матери ключик от шкатулки, где хранилось завещание. Он опасался, что все наследство Монтеспан может достаться его братьям и сестрам, рожденным от короля. Гроб с останками той, которую когда-то так страстно любил король, был скромно захоронен в семейной усыпальнице рода Мортемаров. Людовик XIV откликнулся на событие с полным равнодушием: «Слишком давно она умерла для меня, чтобы я оплакивал ее сегодня».
