丕平死后，按照法兰克人的惯例，他的两个儿子查理与卡洛曼平分国土。771年卡洛曼早逝，查理合并其弟的领土，成为高卢的唯一统治者。历史上也称查理为查理曼，意为“查理大帝”。
查理曼（742～814年）的一生，大部分时间是在戎马倥偬中度过的，查理曼即位之初，首先遇到阿基坦人的再次反叛，他发动三次战争，平息叛乱，后来立其三子路易为阿基坦国王。在平定阿基坦叛乱并统一法兰克王国后开始向外扩张。772年起多次东渡莱茵河进攻萨克森部落，最终于804年完成对萨克森地区的兼并。
773～774年，查理曼率军越过阿尔卑斯山攻占意大利北部伦巴德王国，自兼国王。接着进军罗马，被教皇封为“罗马人长老”。
777年，率军越过比利牛斯山，进攻西班牙的阿拉伯国家，但未能攻占萨拉戈萨城。次年回师，在比利牛斯山遭巴斯克人伏击。(www.guayunfan.com)后又多次出征，于801年攻占巴塞罗那，占领埃布罗河以北地区。
787年，率军进入意大利南部，迫使本尼文托公国臣服。788年兼并巴伐利亚公国，而后越过易北河征服斯拉夫人部落。
791～796年，派兵在多瑙河中游地区与阿瓦尔人多次交战，迫其臣服。
经过这一系列战争，查理曼建立起一个西起大西洋，东止多瑙河，南到地中海，北抵波罗的海，其地域囊括今之法国、比利时、德国、荷兰、瑞士及匈牙利、西班牙和意大利2/3以上土地的庞大帝国，史称查理曼帝国。
查理曼继续推行联合教会的政策。他对非基督教地区进行军事征服的同时，往往伴以基督教的传教活动。他打垮了侵扰教皇的伦巴底王国，归还了为伦巴底人侵占的教皇领地。为报答他，在800年圣诞节，当查理曼在罗马的圣彼得大教堂作祈祷时，教皇利奥三世突然把一顶罗马皇帝的金冠戴到了他的头上，集合在教堂内的群众马上高呼“最虔诚的奥古斯都、伟大的创立和平的罗马人的皇帝查理万岁！永远胜利！”经过这戏剧性的一幕，在西欧历史上又出现了皇帝，又一次出现了所谓的“罗马帝国”。
与墨洛温国王和查理曼的祖先相比，查理曼拥有更大的抱负，也有更多的精力和才能。他不仅仅是一个置身马背上的军事统帅，也是一位封建主阶级的政治家，对封建经济、政治和文化的发展作出了贡献。查理曼帝国的政治管理体制与墨洛温王朝差别不大，地方上设伯爵区，由伯爵统辖。地方伯爵中有不少是查理曼的亲信，但大部分人是原来此地的地方大贵族。他们往往拥有大量地产，在地方上很有影响和势力。有的世袭据有伯爵官职。作为伯爵，他们拥有政治、军事、司法和经济上的各种权力，具有很强的分离倾向。查理曼为有效地控制地方的伯爵作了种种努力。首先，他试图在政治体制上加强对伯爵的监督，禁止一个伯爵兼职几个伯爵辖区，规定伯爵们要经常向皇帝参觐交待，在边界地区，任命亲信担任边地侯，统领伯爵区。查理曼还定期向各伯爵区派出巡按使，监察地方，这些巡按使被称为“皇帝的眼睛”。其次，查理曼为保证伯爵们对自己的忠诚，与他们建立人身从属联系。他向伯爵们授予采地，伯爵们则向他宣誓效忠，建立起领主与附庸的依附关系。第三，除伯爵外，查理曼还向大量地方封建贵族授予采地，建立领主与附庸关系，这些人被称作“国王的附庸”，不受地方伯爵的管辖，自己享有司法、征税等权力，并对地方伯爵起监督和钳制作用。
为了巩固帝国的统一，查理曼投身于频繁的立法工作之中，试图在政治和社会生活的各个方面都制定出可行之全国的法规，不论哪个种族都必须遵守。据统计，查理曼制定的敕令共有65个，包括1151项条款，其中293项是有关政治的，130项是关于刑法的，305项是有关教会法规的，110项是关于民事的，87项是关于道德问题的，85项是关于宗教的，73项是关于家内事务的。可见，查理曼的立法活动触及社会生活的各个角落。查理曼通过行政上对地方的有力控制和制定统一可行的法规等手段，将具有不同的语言、法律、经济条件和风俗习惯的许多种族暂时联系在一块，组成了一个庞大的帝国。
查理曼整肃教会，奖掖文化。他严格执行帝国内教会的纪律，清除不称职的教士，加强对教士的文化教育，关注文化教育的发展。他举办宫廷学校，招揽当时西欧一些著名的文人学者担任宫廷学校的教师，教授文化。查理曼本人带头向他们学习拉丁语和希腊语，还责成教士在乡村发展教育事业。
查理曼还采取措施鼓励和保护工商业，修辟道路，维护交通，建立庙会，以利工商业发展。查理曼为建立和巩固庞大帝国做了不少事情。其功业，比他的前人超之甚远，比他的子孙也高出一筹。查理曼堪称是新兴封建主阶级的英雄人物。尽管如此，他仍然难以从根本上改变当时分散落后的社会状况。随着查理曼的去世，帝国也很快分裂和瓦解了。
查理曼帝国的分裂和瓦解是必然的。因为：第一，查理曼帝国是通过军事征服建立起来的，在帝国不同地区，经济发展水平很不平衡。意大利和高卢是古罗马奴隶制影响较深的地区，在这里封建化过程已有了很大的进展，而萨克森等德意志地区却刚刚跨入文明的门槛，原始社会的残余还很浓厚。在当时自然经济占统治地位的情况下，各地区之间缺乏经常的经济联系，维系一个庞大帝国的经济条件尚不存在。除去经济的分离外，还有种族的分离。查理曼帝国的臣民由若干不同种族、部族的人们组成，各个种族、部族都有自己的语言，自己的法律和自己的风俗习惯，缺乏一个统一国家存在所必需的社会和文化基础。
从墨洛温王朝到卡洛林王朝，历代国王为了取得封建贵族的支持，都大量向贵族封授土地，或为封土，或为采邑，有时还赋予他们对土地上农民的政治统治权力。这种旨在加强王权的措施，本身便培养了贵族的分裂势力。查理曼也难脱旧俗。他向手下的贵族广泛封授采地，虽然暂时取得了贵族的效忠，却埋下了分裂的隐患。在查理曼生前，封建贵族已开始将采地视为己有，早在806年，查理曼已发出抱怨：“那些从我们手中得到采地的伯爵和其他采地持有者已将采地当作自己的私有财产了！”
814年冬天，天气极为寒冷，查理坚持外出打猎，感染风寒。1月28日，在首都亚琛宫中逝世，时年72岁。
法兰克人的继承制度，亦使国家统一不可能长期维持。法兰克人的继承制度是诸子平分土地，这一制度曾使墨洛温王朝长期陷于分裂，它同样威胁着查理曼帝国。查理曼在世时，他的几个儿子已被封授为意大利、阿基坦等地的国王。多亏两个儿子早死，查理曼帝国才得以完整地遗传给了“虔诚者”路易。但在路易统治时（814～840年），为了继承问题，常常与他的子侄发生内讧。路易死后，他的三个儿子终于在843年签订了《凡尔登条约》，三分帝国，查理曼帝国至此退出了历史舞台。
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