Le 8 avril 1632, Louis XIII rachetait le domaine de Versailles à Jean-François de Gondi, archevêque de Paris, oncle du cardinal de Retz et héritier d’Albert. Voici un extrait de ce dernier contrat de vente :

« Le 8 avril 1632, fut présent l’illustrissime et révérendissime Jean-François de Gondi, archevêque de Paris, seigneur de Versailles, reconnoît avoir vendu, cédé et transporté... à Louis XIII, acceptant pour Sa Majesté, messire Charles de l’Aubespine, garde des sceaux et chancelier des ordres du roi, et messire Antoine Rusé, marquis d’Effiat, surintendant des finances, etc., la terre et seigneurie de Versailles, consistant en vieil château en ruine et une ferme de plusieurs édifices ; consistant ladite ferme en terres labourables, en prés, bois, châtaigneraies, étangs et autres dépendances ; haute, moyenne et basse justice... avec l’annexe de la grange Lessart, appartenances et dépendances d’icelle, sans aucune chose excepter, retenir, ni réserver par ledit sieur archevêque, de ce qu’il a possédé audit lieu de Versailles, et pour d’icelle terre et seigneurie de Versailles, et annexe de la grange Lessart, jouir par Sadite Majesté et ses successeurs rois, comme de choses appartenantes. Cette vente, cession et transport faits, aux charges et devoirs féodaux seulement, moyennant la somme de soixante-mille livres tournois, que ledit sieur archevêque reconnoît avoir reçues de Sadite Majesté, par les mains de..., en pièces de seize sous, de laquelle somme il se tient content, en quitte Sadite Majesté et tout autre, etc. »
— Architexture françoise, par Blondel, liv. VII, p. 93

Le Roi ne fit l’acquisition de ce château que pour le démolir et ainsi étendre le panorama de la résidence royale. D’après la tradition, au sommet du plateau de Versailles, à la place même du château actuel, se dressait un moulin à vent : un meunier régnait où régna Louis XIV. Dans le même temps, le roi acheta de nouveaux terrains et étendit ses terres de chasse. Le pavillon bâti à la hâte sur les terres de Jean de Soisy, devenait étriqué.
Il paraitrait que les dessins originaux du palais et des jardins aient été inspirés à cels du château des Ducs de Savoye de la Venaria (près de Turin), dont les projets italiens furent volés et portés à Paris une nuit. Le 26 mai débutèrent des travaux d’agrandissement qui furent dirigés par l’ingénieur-architecte Philibert Le Roy.

Les travaux furent achevés en 1634 et Louis XIII prit possession de ses nouveaux appartements.

À partir de 1636, le roi multiplia ses séjours et profita du confort de sa nouvelle maison ainsi que de l’agrément de ses jardins. Le nouveau château reçut sa première décoration florale ; les jardins furent agencés "à la française" par Boyceau et Menours, décorés d’arabesques et d’entrelacs.

En 1643, sentant sa mort approcher, Louis XIII déclara : « Si Dieu me rend la santé, sitôt mon dauphin en âge de monter à cheval et en âge de majorité je le mettrai à ma place, et me retirerai à Versailles avec quatre de nos pères pour m’entretenir de choses divines ». Le 14 mai, il rendit l’âme laissant le royaume à son fils, trop jeune pour gouverner. Versailles cesse alors d'être une résidence royale pendant presque dix-huit ans.

1631-1634 Premier agrandissement