Al regresar Velázquez a Madrid, en enero de 1631, retoma de inmediato sus actividades palaciegas y recibe una vez más el testimonio de la confianza y el afecto de Felipe IV, que ha sabido ver las excepcionales condiciones de quien va siendo, ya para siempre, su pintor. Durante su ausencia ha nacido un infante, Baltasar Carlos, el deseado heredero de la corona, y el rey no ha autorizado a ningún pintor a retratarlo, para que fuese Velázquez quien lo hiciese. El retrato primero quizás no se haya conservado, pero sí conocemos el del Museo de Boston, en que aparece acompañado de un enano, en composición de admirable intensidad.
Su actividad para palacio va a ser intensa en esta década de 1630. Por iniciativa del Conde duque, se está construyendo en Madrid un nuevo palacio, el del Buen Retiro, que va a tener considerable importancia en la vida artística española. Para su decoración se encargan a Italia importantes cantidades de pintura de calidad y todos los pintores de Madrid -tanto los de cámara (Carducho, Cajés) como algunos de los discípulos de éstos (Castelo y Leonardo) y otros como Maíno, Pereda e incluso el sevillano Zurbarán, hecho venir expresamente, quizás por indicación de Velázquez-, colaboran en la gran empresa.
Concebido el palacio como una gran exaltación de la monarquía y del soberano, Velázquez va a realizar una serie de soberbios retratos ecuestres de los reyes Felipe III, Felipe IV, de sus respectivas esposas y del príncipe heredero, para decorar los testeros del gran Salón de Reinos, para cuyos muros se pinta una amplia serie de lienzos de batallas, mostrando los triunfos de la monarquía, a los que contribuye nuestro artista con La rendición de Breda, el famoso cuadro de Las lanzas.
Son sus lienzos obras magistrales, en las que tiene ocasión de mostrar todo lo aprendido en Italia. Alguno de los retratos ecuestres (especialmente Felipe III y su esposa doña Margarita) parecen haber sido comenzados por otra mano, o quizás por el propio Velázquez antes de viajar a Italia, pero los restantes -y aun aquellos en lo que muestran rehecho o animado por sus pinceles- resultan dignos sucesores de la serie ideal iniciada por Tiziano con su Carlos V en Mühlberg y proseguida por Rubens en su Felipe II; pintado en su viaje de 1628, seguramente ante los ojos de Velázquez.
En todos ellos, el paisaje, en el que se adivinan las montañas de la sierra de Guadarrama, tan próxima a Madrid, resulta de una extraordinaria vivacidad, directa y "plenairista". Especialmente el retrato del joven príncipe Baltasar Carlos sobre su jaca favorita, se inserta en una atmósfera de diafanidad y transparencia inigualables.
Pintado para sobrepuerta, es decir, para ser visto a cierta distancia y de abajo a arriba, sorprende hoy el audaz escorzo del caballo que, en corveta, parece precipitarse sobre el espectador, y el tratamiento del rostro, en el que se advierte un tratamiento de leves frotados del pincel, casi sin densidad que sin embargo corporeizan visualmente el rostro vivaz del niño, dotándolo, casi sin materia, de una presencia inolvidable.
