Елизавету немало позабавил этот посланник, и она посмеялась от души. Д'Эон в своих мемуарах утверждал, что императрица с целью облегчить необходимые для переговоров встречи решила поселить его в своем дворце и объявила м-ль де Бомон своей чтицей. Так это или нет, но шевалье со своей задачей справился блестяще.
Чрезвычайно важное значение д'Эона как тайного дипломатического агента в Петербурге подтверждается напечатанными письмами Терсье из архива князя Воронцова. В одном из писем, датированным 15 сентября 1758 года, Терсье просил Воронцова призвать к себе д'Эона и сжечь в присутствии его прежнее свое письмо «купно с приложенными двумя циферными ключами, так и сие, дабы он мог о том меня уведомить. Именем королевским впредь сего сообщенное вам есть собственно его секрет, оной так свято хранили, как я вас о том просил. Я прошу господина д'Эона, чтобы он ко мне отписал о том, что вашему сиятельству по сему учинить угодно будет».
Д'Эон добился благосклонности Елизаветы Петровны. Она написала Людовику XV сердечное письмо, в котором выразила готовность принять французского официального дипломатического агента с основными условиями для заключения союза между государствами.
Правда, Елизавета Петровна отказалась вступить в брак с принцем де Конти, так же как и дать ему пост главнокомандующего войсками. Тогда принц стал хлопотать о получении подобного звания в Германии, но и тут ему не посчастливилось по причине ссоры с маркизой Помпадур. Осерчавший принц вообще отошел от дел и, согласно воле короля, передал все корреспонденции и шифры старшему королевскому секретарю по иностранным делам Терсье, с которым и привелось шевалье вести большую часть секретной переписки из Петербурга.
Д'Эон с письмом императрицы к Людовику XV отправился в Версаль, где был принят королем. Следуя пожеланию Елизаветы Петровны, кавалер Дуглас был назначен французским поверенным в делах при русском дворе, а д'Эон — секретарем посольства.
На сей раз шевалье отправился в Россию в мужском платье. Чтобы скрыть прежние таинственные похождения в Петербурге, д'Эон был представлен императрицей как родной брат девицы Лии де Бомон, этим и объясняли поразительное сходство между упомянутой девицей, оставшейся во Франции, и ее братом, будто бы в первый раз приехавшим в столицу России.
Вскоре шевалье вернулся во Францию, чтобы доставить в Версаль подписанный императрицей договор, а также план кампании против Пруссии, составленный в Петербурге. Копию плана он передал в Вене маршалу д'Этре.
Людовик XV был чрезвычайно доволен д'Эоном и за услуги, оказанные им в России, пожаловал ему чин драгунского поручика и золотую табакерку со своим портретом, осыпанную бриллиантами.
К этому времени относится рассказ из мемуаров д'Эона о копии с завещания Петра Великого, которую он, пользуясь оказываемым ему при русском дворе безграничным расположением, добыл из самого секретного архива империи, находящегося в Петергофе. Копию, вместе со своей запиской о состоянии России, д'Эон показал только министру иностранных дел аббату Бернесу и самому Людовику XV. Сущность этого завещания сводится к тому, что Россия постоянными войнами и искусной политикой должна покорить всю Европу и продвинуться к Константинополю и Индии. Раздробив Швецию, завоевав Персию, покорив Польшу и завладев Турцией, она должна разорить Австрию с Францией, и когда эти два государства будут ослаблены, двинуть войска в Германию и наводнить Францию «азиатскими ордами». То, что завещание, составленное Петром Великим, подложно, — не подлежит сомнению. Но было ли оно сочинено самим д'Эоном? Возможно, шевалье решил таким образом показать, насколько свободно он чувствовал себя во дворце российской императрицы. Тем более подлинность этой копии проверить было невозможно, а король и министр были не заинтересованы в огласке неблаговидного поступка своего агента. Д'Эон мог быть вполне спокоен, что подлог его не обнаружится.
Из Парижа д'Эон снова выехал в Петербург. В феврале 1758 года место Бестужева занял граф Воронцов, оказавший шевалье особое расположение. Благодаря его симпатиям д'Эон получил предложение императрицы перебраться в Россию навсегда, но он отказался от этого и в 1760 году покинул Россию. В мемуарах свой отъезд д'Эон объяснил романтическими приключениями. Действительной же причиной его отъезда из Петербурга было общее расстройство здоровья, и главным образом болезнь глаз, требовавшая внимания искусных врачей.