En 1625 marchó a Roma, en un viaje que sería decisivo para su formación como artista.

En la ciudad del Tíber retrató al papa Urbano VIII según el cronista Filippo Baldinucci.

Pudo observar las obras de Tiziano conservadas en la colección Ludovisi, copiándolas con gran dedicación.

Sustermans continuó viajando incansablemente por Italia durante toda su carrera, absorbiendo la influencia de lo mejor del arte italiano.

Fue llamado a la corte imperial de Viena para realizar retratos del emperador Fernando II y su familia.