Den amerikanske påven vinkade till den flaggviftande och jublande folkmassan när påvemobilen rullade längs paradgatan mot Place de la Concorde, där mässan skulle hållas.
Vatikanen uppskattar att runt 700 000 gått ut på gatorna för att följa gudstjänsten.
I sin predikan uppmanade Leo de närvarande att inte hålla tron för sig själva.
– Låt den flöda över, så att de ni möter får ny kraft och får sin törst släckt, sade han.
Fyradagarsbesöket är det första påvebesöket i Frankrike på 18 år.