Toutefois l'installation de mademoiselle de Nesle n'avait pas été définitive en décembre 1738, elle faisait encore de temps en temps des séjours à son couvent, et elle n'avait eu que de bien rares occasions de se rencontrer avec le Roi, peut-être une fois chez Mademoiselle, peut-être une autre fois chez la comtesse de Toulouse à une revanche au cavagnole entre madame d'Antin et madame de Mailly, où le Roi, prévenu que mademoiselle de Nesle devait venir, donnait l'ordre de l'avertir et la faisait asseoir. Ce n'était qu'au mois de mai 1739 qu'elle quittait son couvent pour n'y plus rentrer, pour demeurer avec madame de Mailly jusqu'au jour où elle serait mariée. Et elle n'était présentée que le 8 juin au Roi avec lequel elle soupait pour la première fois.
Mademoiselle de Nesle devant faire partie du voyage de Compiègne, Mademoiselle s'empressait d'offrir un appartement à l'invitée du Roi, mais il ne convenait pas à la hautaine personne d'être sous la protection de qui que ce soit, et mademoiselle de Nesle refusait cet appartement, disant à sa sœur: «que puisque le Roi désirait qu'elle eût l'honneur de le suivre, il aurait la bonté de pourvoir à son logement.» Cette requête, s'adressant directement à la personne du Roi, plaisait à Louis XV[162].
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Les courtisans qui voyaient mademoiselle de Nesle, ne trouvaient guère en elle l'étoffe ni l'avenir d'une maîtresse. Ce qui leur sautait aux yeux, c'était un long cou mal attaché aux épaules, une taille hommasse, une démarche virile, une peau brune, un ensemble de traits assez semblable aux traits de madame de Mailly, mais plus sec et presque dur, et qui n'avait pour lui ni ce rayon de bonté, ni cette tendresse de passion[163].
Aussitôt entrée à la cour, la jeune sœur de madame de Mailly mettait en jeu tous les ressorts d'un caractère folâtre, audacieux, et comme animé d'une pointe de vin. Elle profitait, pour s'avancer, de la première surprise du Roi, et de cette intimidation de la moquerie, si nouvelle pour un prince jusque-là entouré de soumissions. Elle s'exposait à ses désirs avec l'apparente naïveté et la liberté coquette d'une autre Charolais, mais avec plus de suite, une continuité plus hardie, une malice plus épigrammatique, et où le Roi se plaisait à reconnaître les qualités de son propre esprit. Et cette pensionnaire ne tardait pas à se rendre si agréable, si nécessaire au Roi, qu'il ne pouvait plus se passer d'elle[164], et qu'il ne semblait plus goûter la conversation et la société que dans la compagnie de cette amusante enfant répandant la gaieté autour d'elle. Mademoiselle de Nesle fortifiait ce goût et lui donnait la solidité d'une habitude, en ne laissant point le Roi à lui-même, en le tenant toujours sous son charme et sous son caprice, par des inventions de plaisirs, des boutades de pensées, par le tourbillon d'activité et d'imagination qui était sa nature avant d'être son rôle.
Mademoiselle de Nesle était bientôt de toutes les chasses et de tous les soupers de Louis XV, et au mois d'octobre, au voyage de Fontainebleau, elle était installée dans l'appartement des Villars. Madame de Mailly, qui s'apercevait que le Roi commençait à choisir, pour ses séjours dans ses petits châteaux, les semaines où elle était retenue pour son service près de la Reine[165], ne se sentait plus avoir que les restes des tendresses et des caresses du Roi. Des railleries, des méchancetés qui allaient un jour jusqu'à lui couper sa tapisserie, des comparaisons à l'avantage de sa sœur[166], des brouilleries, tous les contre-coups de l'infidélité du Roi préparaient lentement madame de Mailly à la confession qui lui arrachait toute illusion: le Roi lui avouait «aimer sa sœur autant qu'elle».
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Cependant l'intérêt connu que Louis XV portait à la jeune femme et la protection royale que cet intérêt promettait dans l'avenir au mari, faisaient rechercher la main de mademoiselle de Nesle en dépit de sa laideur. Dès le mois de juillet 1739, au voyage de Compiègne, il avait été question d'une alliance de Félicité de Nesle avec le comte d'Eu, alliance en faveur de laquelle le Roi aurait assuré le rang des légitimés à la postérité[167]. On parlait d'un second mariage qui manquait parce que le maréchal de Noailles s'était blessé de ce qu'on ne s'était pas adressé à lui, et aussi un peu par la répugnance du Cardinal à laisser pénétrer dans la faveur intime du maître une si puissante famille[168]. Enfin Mademoiselle, qui apparaît comme l'entremetteuse du mariage de la sœur de madame de Mailly, décidait l'archevêque de Paris voulant être cardinal à demander sa main pour son petit-neveu, M. du Luc, qui devait prendre en se mariant le nom de Vintimille[169].
Le 14 septembre 1739, le soir à Marly, madame de Mailly faisait part du mariage à ses amis, annonçait que le Roi accordait 200,000 livres d'argent comptant, l'expectative d'une place de dame du palais de la Dauphine, une pension de 6,000 en attendant, et en outre un logement à Versailles dans l'aile qu'on appelait autrefois la rue de Noailles.
Le mariage et le dîner avaient lieu le dimanche 27 à l'archevêché. De là les mariés se rendaient à Madrid chez Mademoiselle, où ils soupaient.