Сочтя, что он сполна исполнил долг перед семьей, Месье целиком погрузился в страстный роман с шевалье де Лорреном, переложив на жену ответственность за воспитание наследника, который стал смыслом жизни для бедной Лизелотт, как называли в узком кругу герцогиню Орлеанскую. Она окружила сына трогательной заботой, посвящая ему все свое время.
В шесть лет Филипп перешел из рук окружавших его бонн и гувернанток в попечение гувернеров. За пять лет у него сменились три воспитателя с герцогскими титулами — де Навай, д’Эстрад и де Ла Вьевиль, которые, словно сговорившись, умирали один за другим. Непосредственно же воспитанием мальчика занимались два человека — почтенный ученый муж де Сен-Лоран и тридцатилетний сын аптекаря Гийом Дюбуа, сумевший получить хорошее образование. В будущем он достигнет вершин власти — станет кардиналом и даже первым министром.
Характер юного герцога формировался под влиянием как врожденных особенностей, так и прочно усвоенных уроков наставников. С детства ему были свойственны храбрость, трудолюбие, доброжелательность, великодушие, терпимость и терпеливость. От природы он был наделен редкой памятью, которую в дальнейшем постоянно укреплял и расширял. Никто лучше него при версальском дворе не разбирался в сложных генеалогических переплетениях знатных фамилий, что вызывало уважение у самого «короля-солнца».
В вопросах веры Филипп придерживался широких взглядов и никогда не был замечен в ханжестве. По-видимому, здесь сыграли свою роль присущие ему рационализм и скептицизм, считавшиеся природными качествами истинных французов. Из изучаемых предметов герцог Шартрский отдавал предпочтение точным и естественным наукам — математике и химии, но одновременно он любил историю, особенно военную, а также философию, географию и рисование. Еще в юности герцог в совершенстве овладел мастерством художника-гравера. Позднее, уже став регентом, он самостоятельно подготовит иллюстрации к переизданию греческого романа античных времен «Дафнис и Хлоя». Кстати, моделью Хлои станет герцогиня Беррийская, его старшая дочь, позировавшая отцу-художнику полностью обнаженной.
Другим его увлечением была музыка. Он даже пытался ее сочинять: в соавторстве с композитором Шарлем-Юбером Жерве были написаны две оперы на античные сюжеты.
Удивительно, но при этом Филипп был совершенно равнодушен к танцам, которым обучался по принуждению, что отличало его от большинства сверстников из среды «золотой» версальской молодежи. Несмотря на все старания отца и дяди-короля, обожавших охоту, юный Филипп Шартрский по каким-то причинам не полюбил и это всегда считавшееся истинно королевским занятие.
В четырнадцать лет, видимо, по воле одного из родителей, Филипп получил практические уроки сексуального образования. Его наставницей в этом деликатном деле стала пятидесятилетняя (!) графиня из окружения герцогини Орлеанской.
К концу 1680-х годов пятнадцатилетний Филипп Шартрский считался шестым по очередности кандидатом на наследование французского престола. Запас прочности старшей линии Бурбонов казался более чем внушительным. Тем не менее Людовик XIV, не желая усиливать младшую Орлеанскую ветвь династии, озаботился устройством подходящего брака для своего племянника. Обстановка войны, в которой Франция в то время оказалась перед лицом чуть ли не всей Европы, затрудняла поиски достойной невесты среди царствующих европейских домов. Для «короля-солнца» данное обстоятельство послужило удобным предлогом, чтобы предложить в невесты герцогу Шартрскому свою дочь от внебрачной связи с замужней маркизой де Монтеспан. К тому времени он уже узаконил пятнадцатилетнюю мадемуазель де Блуа, которая стала именоваться Франсуаз-Мари де Бурбон.
Когда король посвятил в этот план герцога Орлеанского и его супругу, те испытали глубокий шок, сочтя подобный брак не только скандальным, но и унизительным для сына и всего Орлеанского дома. Но Людовик XIV был непреклонен в своем решении. Он пригласил к себе семнадцатилетнего племянника и сообщил опешившему «жениху», что в знак особого к нему расположения он отдает ему в жены свою дочь Франсуаз-Мари. Смущенный юноша невнятно пробормотал что-то вроде благодарности, и вопрос был решен. Когда Филипп явился к матери и сообщил о согласии, данном им королю, герцогиня Орлеанская отвесила любимому сыну пощечину. Так, во всяком случае, утверждал знаменитый мемуарист Луи де Сен-Симон, друг Филиппа.
Воля короля была исполнена 18 февраля 1692 года, когда состоялось бракосочетание молодых. Но, разумеется, заключенный таким образом брак имел мало шансов на счастливое будущее, хотя в нем и родились восемь детей — семь девочек и один мальчик, продолжатель Орлеанской ветви династии Бурбонов. Выполняя свой не столько супружеский, сколько династический долг, Филипп так и не проникся чувствами к супруге, которую в кругу друзей называл не иначе, как «мадам Люцифер». Он открыто вел рассеянный, как тогда говорили, образ жизни и имел множество внебрачных детей, из которых троих признал официально.