Осенью 800 года, «кот да в его государствах царил мир», Карл отправился в Италию. 23 ноября он был встречен папой в двенадцати милях от Рима, согласно ритуалу, установленному для приема императоров. 1 декабря он открыл в базилике Святого Петра собор, на котором было представлено франкское и римское духовенство, а также несколько мирян. В конечном итоге собор решил, что папа может снять с себя выдвинутые против него обвинения очистительной клятвой, что и было сделано 23 декабря пред лицом того же собрания. Собор принял, согласно бесспорному свидетельству «Лоршских анналов», еще одно решение: «Поскольку в настоящее время в стране греков нет носителя императорского титула, а империя захвачена местной женщиной, последователям апостолов и всем святым отцам, участвующим в соборе, как и всему остальному христианскому народу, представляется, что титул императора должен получить король франков Карл, который держит в руках Рим, где все время имели обыкновение жить цезари…» В противоположность тому, что скажет позднее Эйнгард, озабоченный необходимостью затушевать ответственность Карла за то, что выглядит явной узурпацией, два дня спустя, в рождественское утро, уверенный в обоснованности своего права, король еще раз переступил порог собора Снятого Петра, чтобы быть коронованным папой, а затем выслушать троекратный возглас собравшихся: «Карл августейший, коронованный Богом, великий и миролюбивый император, жизнь и победа!» Ритуал этот был позаимствован в Византии, но несколько подправлен: уж очень нужно было Льву III показать, что именно он, а не народ возвел на трон императора. Так могло быть смыто унижение, пережитое им в предыдущие недели. И что еще важнее, так была реализована программа, заложенная в мозаике Латеранского дворца.
Карл же воспринял происшедшее очень серьезно. С 29 мая 801 года он именовал себя в официальных документах «его августейшая светлость Карл, коронованный Богом, великий и миролюбивый император, правящий Римской империей, и милостью Божией король франков и лангобардов», он немедленно приказал чеканить свое изображение на монетах, как когда-то Константин, с лавровым венком на голове и в великолепном плаще, и так же, как Константин, взял за правило ставить на некоторые из своих документов печать в виде буллы с изображением ворот Рима и надписью: «Обновление Римской империи». Став бесспорным хозяином Города, Карл взялся за обновление империи, по меньшей мере на западе, что не могло не вызвать беспокойства на Босфоре. Первой отреагировала Ирена, но ее аргументы имели мало веса; напротив, Ницефор I после своего низложения порвал в 803 году всякие отношения с Ахеном. Карл, почувствовав, что руки у него развязаны, овладел после довольно продолжительной войны (806–810 годы) Венецией и Далмацией, которые номинально числились за Византией, но были ослаблены внутренними распрями. Восточный император, занятый борьбой против болгар, вынужден был вступить в переговоры: за признание своего императорского титула Карл уступил в 811 году преемнику Ницефора Михаилу I Венецию и Далмацию. С 812 года греческие послы являлись в Ахен с богатыми подарками, теперь они называли Карла «император» и «василевс»!