В апреле 774 года франки подошли к Риму. Папа Адриан I устроил Карлу торжественную встречу. Карл отнёсся к первосвященнику с величайшим почтением: прежде чем подойти к руке Адриана, он поцеловал ступени лестницы храма святого Петра. Ко многим городам, подаренным папе его отцом, он обещал прибавить новые дарения (это обещание потом не было выполнено). В начале июня, не выдержав тягот осады, Дезидерий вышел из Павии и подчинился победителю. Карл завладел столицей лангобардов и королевским дворцом. Так пало королевство лангобардов, последний король их отведён был пленником во Франкское государство, где его заставили постричься в монахи, а сын его бежал к византийскому императору. Приняв титул лангобардского короля, Карл начал вводить в Италии франкское устройство и соединил Галлию и Италию в одно государство.
В 776 году Карл должен был снова прибыть в Италию для усмирения восстания. Герцоги Фриуля и Сполето, поддержанные Адельхизом, устроили заговор, надеясь при помощи византийского флота овладеть Римом и восстановить власть лангобардов. Карл, после того как папа Адриан предупредил его о заговоре, вновь перешёл через Альпы и расстроил план заговорщиков. В результате герцог Фриуля Ротгаут был убит, мятежные города подчинились, а Адельхиз вновь был вынужден бежать.