Fue en Montserrat donde se decidió la vocación de Luis

Hacía poco más de dos años que los jóvenes Gonzaga vivían en Florencia, cuando su padre los trasladó con su madre a la corte del duque de Mántua, quien acababa de nombrar a Ferrante gobernador de Montserrat. Esto ocurría en el mes de noviembre de 1579, cuando Luis tenía once años y ocho meses. En el viaje Luis estuvo a punto de morir ahogado al pasar el río Tessin, crecido por las lluvias. La carroza se hizo pedazos y fue a la deriva. Providencialmente, un tronco detuvo a los náufragos. Un campesino que pasaba vio el peligro en que se hallaban y les salvó.

Una dolorosa enfermedad renal que le atacó por aquel entonces, le sirvió de pretexto para suspender sus apariciones en público y dedicar todo su tiempo a la plegaria y la lectura de la colección de "Vidas de los Santos" por Surius. Pasó la enfermedad, pero su salud quedó quebrantada por trastornos digestivos tan frecuentes, que durante el resto de su vida tuvo dificultades en asimilar los diarios alimentos.

Otros libros que leyó en aquel período de reclusión son , Las cartas de Indias, sobre las experiencias de los misioneros jesuitas en aquel país, le suscitó la idea de ingresar en la Compañía de Jesús a fin de trabajar por la conversión de los herejes y Compendio de la doctrina espiritual de fray Luis de Granada. Como primer paso en su futuro camino de misionero, aprovechó las vacaciones veraniegas que pasaba en su casa de Castiglione para enseñar el catecismo a los niños pobres del lugar.

En Casale-Monferrato, donde pasaba el invierno, se refugiaba durante horas enteras en las iglesias de los capuchinos y los barnabitas; en privado comenzó a practicar las mortificaciones de un monje: ayunaba tres días a la semana a pan y agua, se azotaba con el látigo de su perro, se levantaba a mitad de la noche para rezar de rodillas sobre las losas desnudas de una habitación en la que no permitía que se encendiese fuego, por riguroso que fuera el tiempo.

Fue inútil que su padre le combatiese en estos deseos. En la misma corte, Luis vivía como un religioso, sometiéndose a grandes penitencias.  A pesar de que ya había recibido sus investiduras de manos del emperador, mantenía la firme intención de renunciar a sus derechos de sucesión sobre el marquesado de Castiglione en favor de su hermano.