Väčší politický význam však pre frankov dosiahla výprava v roku 800. Dňa 25.decembra 800, na vianočný sviatok, prijal Karol v bazilike sv.Petra v Ríme z rúk pápeža Leva III. cisársku korunu. Stal sa tak symbolicky nástupcom rímskych cisárov, čo v očiach Európy neobyčajne povzdvihlo prestíž franského panovníka. Karolova korunovácia zároveň do budúcnosti určila spôsob získavania cisárskej hodnosti. Od roku 800 mohol v západnom kresťanstve získať túto hodnosť len panovník, ktorý bol v Ríme korunovaný pápežom.

Na prelome 8.-9.storočia bola teda vzkriesená myšlienka obnovy impéria vyznačujúceho sa kresťanskou vierou a reprezentovaného pápežstvom a císarstvom. Snaha, aby kresťanstvo zvíťazilo na celom pozemskom svete, a tým ho zjednotilo ( kresťanský univerzalizmus), však zostávala len v rovine ideálov.
Po Karolovi Veľkom nastúpil na trón jeho syn Ľudovít I., nazývaný Pobožný (814-840). Za jeho vlády začali prevládať silné odstredivé tendencie, pri ktorých hrozil rozpad celého štátu. Po smrti Karola Veľkého sa ukázali všetky rozpory veľkého štátu: civilizačná odlišnosť jednotlivých území, doprevádzaná snahou okrajových oblastí o osamostatnenie, túžba šľachty po vyššom podiele na moci a pod.. Ku koncu života Ľudovíta I. Pobožného k týmto problémom sa pridali taktiež spory dynastické, kedy sa o svoje práva k vládnutiu začali hlásiť Ľudovítovi synovia.

Dynastické boje pokračovali aj po Ľudovítovej smrti a viedli k rozpadu ríše. Podľa verdunskej zmluvy (843) bola ríša rozdelená na tri samostatné celky. Najstaršiemu Lotharovi pripadla s císarským titulom stredná časť (dŕžavy v Itálii a územie na sever od Álp až k moru), Ľudovít Nemec získal územie na východ od Lotharových dŕžav a Karol Holý západnú časť Franskej ríše. Zatiaľ čo územie pod správou Lotharovou sa pomerne rýchlo rozpadlo na menšie politické útvary, územia Ľudovíta Nemca a Karola Holého položili základ ku vzniku Nemecka a Francúzska.

Rozsiahly franský štát vyžadoval už v dobe merovejovskej špeciálny systém správy. Vnútorná časť ríše bola rozdelená na grófstva (v jeho čele stál gróf), územia pripojených germánskych kmeňov podliehali vlastným vojvodcom. Z tejto doby sú známe písané zákoníky niektorých kmeňov, z ktorých najstarší je Lex salica (zákoník salských frankov, asi 508-511). Základ cirkevnej správy bol prevzatý z rímskej organizácie, o čom svedčí skutočnosť, že väčšina biskupstiev sa nachádzala v bývalých rímskych mestách.

Správa Karolovej ríše spočívala na podobných princípoch ako správa merovejovská. Tradičné územia sa delili na grófstva, okrajové oblasti Karol Veľký rozčlenil na marky, v ktorých zaviedol polovojenský režim. Dostatočný počet vojakov zabezpečovala vojenská povinnosť, ktorá sa vzťahovala na všetkých slobodných frankov. Súčasťou správy sa stala taktiež cirkevná organizácia, ktorej biskupstvá sa obvykle územne kryli s rozsahom správy svetskej. Cirkev bola závislá na štáte, jej predstaviteľov (biskupov) menoval panovník.

Za Karola Veľkého sa vo veľkej miere začal uplatňovať lénny systém, vzťah medzi lénnym pánom a vazalom. Tento systém spočíval v prepožičaní léna, spravidla určitého množstva pôdy, vazalovi, ktorý bol za to povinný svojmu pánovi službou-obvykle predstavovala vojenskú povinnosť alebo záväzky materiálneho charakteru.
Základ ekonomiky kráľovskej domény predstavoval veľkostatok, vychádzajúci ešte z antickej tradície, s množstvom pracovných síl vrátane otrokov. Veľkostatok plnil funkciu poľnohospodárskej prevádzky, jeho súčasťou boli taktiež rozsiahle remeselné prevádzky (napr.výroba textilu). Franská ríša nemala ešte centrálne panovnícke sídlo. Panovník so svojim dvorom obchádzal ríšu a sídlil striedavo na rôznych miestach. Neustály pohyb kráľovského dvora zaisťoval priamu správu i kontrolu rôznych častí štátu, naviac vyhovoval ekonomicky, lebo umožňoval trvalé zásobovanie dvora, ktoré by inak v časoch malých výnosov a zlých komunikácií nebolo riešiteľné.

Za vlády Karola Veľkého prišlo k dôležitej mincovej reforme, ktorá na dlhú dobu ovplyvnila európsky peňažný systém. Karol Veľký zaviedol novú mincu, denár, na rozdiel od zlatej mince antickej razenej zo striebra (z jednej libry striebra=409g, 240 denárov). Denárový systém, už v modifikovanej podobe (znižovanie obsahu striebra v minci), pretrval až do 13.storočia.

S vládou Karola Veľkého je spojená prvá snaha barbarského sveta o vzkriesenie vzdelanosti a kultúry, nazývaná karolínska renesancia. Záujem o vzdelanosť vychádzal z praktických dôvodov, potrieb správy ríše o vzdelaných ľudí, ktorí mohli túto činnosť vykonávať. Po stáročiach barbarskej nadvlády upadla antická kultúra a vzdelanosť, mizla aj znalosť latinčiny. Preto Karol Veľký povolal z rôznych častí Európy popredných vzdelancov svojej doby. K týmto mužom patrili predovšetkým Alkuin z Yorku, ktorý sa stal aj osobným Karolovým učiteľom, Théodulf, básnik vizigótskeho pôvodu, polyhistor Rabanus Maurus, opát vo Fulde, či historik Pavol Diacon. Z Karolovej iniciatívy boli položené základy školského systému, začali vznikať školy pri kláštoroch a biskupských kostoloch, v ktorých sa vyučovala gramatika, rétorika, dialektika, aritmetika, geometria, astronómia, hudba, tak ako v pozdnej antike.Systém školstva zavedený Karolom Veľkým ovplyvnil na niekoľko storočí spôsob výučby. V záujme uľahčenia komunikácie v celom kresťanskom svete bola nielen obnovovaná čistá forma latinčiny, ale prevedená i reforma písma. Vzdelanie, ktoré bolo určené len celkom úzkemu kruhu mníchov a kniežat, tak získalo nový základ.

V dobe Karolovej prišlo k veľkému rozvoju literatúry a výtvarného umenia. Obnovilo sa básnictvo (Théodulf), ktoré bolo dve storočia zabudnuté. Osobnosť panovníka plasticky vylíčil Karolov životopisec Einhard v spise Vita Caroli (Život Karola Veľkého). Z umeleckých diel tejto epochy vyniká kaplnka Cáchách (obľúbené sídlo Karola Veľkého) a skvost iluminačného maliarstva Evangeliár Karola Veľkého.