Í æsku, uppalinn í sænsku höllinni ásamt frænda sínum Kristínu drottningu, hlaut hann framúrskarandi borgaralega menntun. Síðar lærði Karl X stríðslistina undir Lennart Torstenson, en hann var viðstaddur í öðru Breitenfeld-baráttu (1642) og í Jankowitz
(1645). Á árunum 1646 til 1648 kom hann oft á sænska höllina, væntanlega sem væntanlegur eiginmaður frænku sinnar, drottningarinnar Kristínar af Svíþjóð (1626-89, ríkti 1632-54), en óyfirstíganleg andmæli hennar við hjónaband setti enda á þessar væntingar og til að bæta frænda sinn fyrir brotinn hálf-loforð lýsti hún honum erfingja sínum árið 1649, þrátt fyrir andstöðu einkarráðsins undir forystu Axel Oxenstierna. Árið 1648 var hann skipaður yfirmaður sænsku hersins í Þýskalandi. Samningurinn um Vestfalska samningana í október 1648 kom honum í veg fyrir að vinna hernaðarlaurar sem hann er sagður hafa óskað sér, en sem fulltrúarmaður Svíþjóðar á framkvæmdarþinginu í Nürnberg hafði hann tækifæri til að læra diplómatíu, vísindi sem hann er lýst sem að hafa fljótt náð tökum á. Sem viðurkenndur erfingi í hásæti var staða hans hættuleg þegar hann kom aftur til Svíþjóðar vegna vaxandi óánægju með drottninguna. Hann dróst því til baka til eyjarinnar Öland þar til Kristína afneit hann 5. júní 1654 og kallaði hann til hásætis.