В 773 году Карл начал против Дезидерия войну. Сильная франкская армия подступила к Альпам. Лангобарды закрыли и укрепили перевалы, но бесстрашный франкский отряд пробрался по тайным тропинкам в тыл врага. Опасаясь окружения, Дезидерий покинул горы и отступил к своей столице Павии. Франки с боем преследовали врага, по пути овладев многочисленными городами Ломбардии. Оставив часть сил под Павией, Карл с остальной армией подступил в феврале 774 года к Вероне. После короткой осады город сдался. В апреле франки подошли к Риму. Папа Адриан I устроил их королю торжественную встречу. Карл отнёсся к первосвященнику с величайшим почтением: прежде чем подойти к руке Адриана, он облобызал все ступени лестницы храма Святого Петра. Между тем в начале июня, не выдержав тягот осады, Дезидерий вышел из Павии и подчинился победителю. Карл завладел столицей лангобардов и королевским дворцом. Побеждённого врага он заставил постричься в монахи. Лангобардское королевство, просуществовавшее более двух веков, было уничтожено, а Северная Италия, хотя и продолжала считаться самостоятельным государством, фактически вошла в состав франкской державы.
Следующие годы были отданы саксонской войне. В 775 году во главе большой армии Карл углубился в Саксонию вплоть до реки Оккера и оставил сильные гарнизоны в Эресбурге и Сигибурге. Но уже следующей весной саксы взяли Эресбург обратно. Тогда Карл попытался создать на границе с Саксонией укреплённый рубеж. В 776 году он основал здесь крепость Карлсбург и крестил многих саксов. В 777 году со всех концов страны к нему явились массы местных жителей и изъявили свою покорность. В 778 году Карл был отвлечён войной с испанскими арабами — во главе большой армии совершил поход за Пиренеи, но потерпел неудачу под Сарагосой. По возвращении из Испании Карл узнал, что саксы, объединившись вокруг отважного вождя Видукинда, забыли свои клятвы, отбросили показное обращение и снова начали войну. Перейдя границу у Рейна, они поднялись по правому берегу этой реки до Кобленца, всё выжигая и грабя на своём пути, а затем, нагруженные богатой добычей, возвратились восвояси. В 779 году Карл вторгся в Саксонию и прошёл почти всю страну, нигде не встречая сопротивления. Вновь, как и прежде, в его лагерь явилось множество саксов, которые дали заложников и клятву верности. Однако король уже не верил в их миролюбие. В 780 году он вновь явился в Саксонию и прошёл до самой Эльбы. В 782 году вся страна была разделена на административные округа, во главе которых король поставил своих графов.
