Karlemagne udfoldede i løbet af de første 30 år af sin regeringstid en række fantastiske aktiviteter, som var optakt til det, som nogle samtidige og mange senere iagttagere betragtede som den kulminerende begivenhed i hans regeringstid: hans kroning som romersk kejser. Denne begivenhed var for en stor dels vedkommende konsekvensen af en idé, der var formet af den fortolkning, der blev givet til Karl den Stores handlinger som hersker. I årenes løb blev nogle af kongens vigtigste politiske, religiøse og kulturelle rådgivere overbevist om, at et nyt samfund var ved at tage form under kongens og frankernes auspicier, som, som en pave erklærede, “Herren, Israels Gud, har velsignet”. De talte om dette samfund som imperium Christianum, der omfattede alle, som tilsluttede sig den ortodokse tro, der blev forkyndt af den romerske kirke. Dette samfund accepterede herredømmet af en monark, der i stigende grad blev hyldet som “den nye David” og “den nye Konstantin”, som kristendommens vogter og udøver af Guds vilje. Bekymringen for imperium Christianums velfærd blev forstærket af, at de kætterske kejsere i Konstantinopel blev opfattet som værende uegnede til at gøre krav på autoritet over det kristne samfund – især efter at en kvinde, Irene, blev østlig kejser i 797. I en bredere forstand skabte udviklingen i det 8. århundrede den opfattelse i den karolingiske verden, at det latinske Vesten og det græske Østen adskilte sig på måder, der fornægtede de østlige kejseres universalistiske krav.
Så opstod der i 799 en endnu større trussel mod imperium Christianum’s velbefindende. Der blev sat spørgsmålstegn ved pavens evne til at lede Guds folk, da pave Leo III blev fysisk angrebet af en fraktion af romere, herunder høje funktionærer i den pavelige kurie, som mente, at han var skyldig i tyranni og alvorlig personlig forseelse. Leo flygtede til sin beskytters hof, hvis rolle som kristendommens rektor nu blev afsløret på dramatisk vis. Karl den Store sørgede for en eskorte, der genindsatte Leo III i det pavelige embede; derefter tog han efter omfattende konsultationer i Francia til Rom i slutningen af 800 for at tage det delikate spørgsmål om at dømme Peters stedfortræder og genoprette ordenen i pavestaten op til behandling. Efter en række drøftelser med frankiske og romerske gejstlige og lægfolk blev det aftalt, at paven i stedet for at blive dømt offentligt skulle aflægge en ed, hvorved han rensede sig selv for anklagerne mod ham; nogle antydninger i optegnelserne tyder på, at disse drøftelser også førte til en beslutning om at omdefinere Karl den Stores stilling. To dage efter Leos renselsesakt, da Karl den Store deltog i messen juledag i Petersbasilikaen, satte paven en krone på hans hoved, mens romerne, der var samlet til gudstjeneste, udråbte ham til “romernes kejser”.”
Historikere har længe diskuteret, hvor ansvaret for denne dramatiske begivenhed skal placeres. På trods af Einhards, Karl den Stores hofbiograf, påstand om, at kongen ikke ville være taget til Peterskirken på den skæbnesvangre dag, hvis han havde vidst, hvad der skulle ske, er der ifølge beviserne ikke meget tvivl om, at kongen og paven samarbejdede om planlægningen af kroningen: genoprettelsen af Romerriget i Vesten var fordelagtig for begge. I betragtning af pavens skrøbelige position på det tidspunkt og kongens forkærlighed for dristige handlinger forekommer det meget sandsynligt, at Karl den Store og hans rådgivere traf den afgørende beslutning om en ny titel til kongen og overlod det til paven at arrangere den ceremoni, der skulle formalisere beslutningen. Den nye titel gav Karl den Store den nødvendige juridiske autoritet til at dømme og straffe dem, der havde konspireret mod paven. Den gav også en passende anerkendelse af hans rolle som hersker over et imperium af forskellige folkeslag og som vogter af den ortodokse kristendom, og den gav ham samme status som sine fordærvede rivaler i Konstantinopel. Ved endnu en gang at godkende en titel til karolingerne styrkede paven sine bånd til sin beskytter og gav det pavelige embede mere glans i kraft af sin rolle i at skænke den kejserlige krone til den “nye Konstantin.”
Hvis angår vurderingen af Karl den Stores år som kejser, er historikerne ikke helt enige. Nogle har set perioden som en periode med en begyndende krise, hvor den aldrende kejsers aktiviteter i stigende grad blev indskrænket. Da Karl den Store ikke længere ledede succesfulde militære foretagender, faldt de ressourcer, hvormed han kunne belønne de kongelige tilhængere. Samtidig viste nye ydre fjender sig at true riget, især søfarende nordmænd (vikinger) og saracenerne. Der var også tegn på strukturel utilstrækkelighed i regeringssystemet, som konstant påtog sig nye ansvarsområder uden en tilsvarende forøgelse af menneskelige eller materielle ressourcer, og voksende modstand mod kongelig kontrol fra lægmænd og kirkelige stormænd, som begyndte at forstå den politiske, sociale og økonomiske magt, der kunne udledes af kongelige tildelinger af jord og immuniteter. Andre historikere har imidlertid fremhævet ting som øget kongelig omsorg for de hjælpeløse, fortsatte bestræbelser på at styrke den kongelige administration, aktivt diplomati, opretholdelse af religiøse reformer og støtte til kulturel fornyelse, som de alle ser som tegn på vitalitet i Karl den Stores sidste år.
I denne større sammenhæng var der en udvikling, der tyder på, at den kejserlige titel betød lidt for modtageren. Faktisk beholdt han i 802, da han for første gang formelt brugte den gådefulde titel “kejser, der regerer Romerriget”, sin gamle titel som “konge af frankerne og langobarderne”. Han fortsatte med at leve på den traditionelle frankiske måde, idet han undgik de adfærdsmåder og protokoller, der var forbundet med kejserlig værdighed. Han stolede i mindre grad på råd fra den kreds, der havde udformet den ideologi, som førte til genoplivningen af Romerriget. Faktisk virkede kejseren uvidende om tanken om en forenet politisk enhed, som var implicit i kejsertitlen, da han i 806 dekreterede, at hans rige ved hans død skulle deles mellem hans tre sønner.
Andre beviser tyder imidlertid på, at kejsertitlen var vigtig for ham. Karl den Store engagerede sig i en lang militær og diplomatisk kampagne, som i 812 endelig fik anerkendelse af hans titel fra den østlige kejser. Efter 800 lagde hans religiøse reformprogram vægt på adfærdsændringer, der indebar, at medlemskab af imperium Christianum krævede nye måder at opføre sig offentligt på. Han forsøgte at skabe større ensartethed i de forskellige retssystemer, der herskede i hans imperium. Den terminologi og de symboler, som hoffet benyttede til at formulere sin politik, og de kunstneriske motiver, der blev anvendt i bygningskomplekset i Aachen, afspejlede en bevidsthed om, at det kejserlige embede var en kilde til ideologiske elementer, der kunne underbygge herskerens autoritet. I 813 sikrede Karl den Store kejsertitlen ved med sine egne hænder at overdrage den kejserlige krone til sin eneste overlevende søn, Ludvig den Fromme. Kroningen i 813 tyder på, at Karl den Store mente, at embedet havde en vis værdi, og at han ønskede at udelukke pavedømmet fra enhver rolle i uddelingen af det. I sin helhed fører beviserne til den konklusion, at Karl den Store så kejsertitlen som en personlig belønning som anerkendelse af hans tjenester for kristendommen, der skulle bruges, som han fandt det passende for at styrke hans og hans arvingers evne til at lede imperium Christianum til sit guddommeligt bestemte mål.