En , la capture du duc catholique Henri II de Brunswick-Wolfenbüttel par les forces de Jean-Frédéric et de son allié Philippe Ier de Hesse leur a valu la mise au ban de l'Empire. Dans la guerre de Smalkalde qui s'est ensuivie, Maurice de Saxe se met sur le côté de l'empereur et ses troupes accaparèrent celles de son cousin ernestin à la bataille de Muehlberg le . Après sa défaite, Jean-Frédéric est emprisonné et condamné à mort ; il a reçu le jugement avec indifférence lors d'un jeu d'échecs avec son ami Ernest III de Brunswick-Grubenhagen. Par l'intercession des princes et notamment de Maurice de Saxe, sa condamnation a été suspendue et commuée en une peine d'emprisonnement à perpétuité. Toutefois, il eut la vie sauve en abandonnant ses droits d'électorat et la plupart de ses possessions en faveur de son cousin.
Jean-Frédéric reste optimiste : encore en 1547, il a lancé la construction du château de Fröhliche Wiederkunft (littéralement, « château du Retour Joyeux ») à Woltersdorf en Thuringe ; peu tard, il a fondé la haute école d'Iéna, précurseur de l'université. L'empereur essaya en vain de l'amener à accepter l'intérim d'Augsbourg. Le vent a tourné quand son cousin l'électeur Maurice, pour sa part, est entré en conflit avec Charles Quint. Après la paix de Passau conclue en 1552, Jean-Frédéric a été libéré et établit sa résidence à Weimar, capitale de son duché de Saxe. L'année suivante, il est parvenu à obtenir les domaines de Saxe-Cobourg à la suite de la mort de son demi-frère cadet Jean-Ernest.