La notte di Natale, durante la messa celebrata a San Pietro a Roma, Carlo fu investo della carica imperiale dal succesore di Adriano I, Papa Leone III. Del resto Leone III siedieva ancora sul soglio pontificio grazie ad un intervento di Carlo, che nella primavera del 799, lo liberò dalle prigioni in cui era stato rinchiuso da gruppo di nobili romani. L'incoronazione fu vista dai contemporanei in maniere diverse. A Bisanzio Carlo appari come un usurpatore. Carlo però prese sul serio la carica che l'incoronazione gli conferiva e s'impegnò per riunire l'impero. Una delegazione d'ambasciatori, giunse a Bisanzio per

proporre il matrimonio di Carlo con la non più giovane Irene. Un colpo di stato depose Irene, la quale finì i suoi giorni in un convento, e pose fine al viaggio della delegazione. Non furono più felici dei Bizantini i ribelli Longobardi e gli aristocratici romani. Alcuni storici hanno visto nella vicenda dell'incoronazione quasi un colpo di stato da parte di Carlomagno. Sicuramente gli eventi della notte di Natale  furono

organizzati nei minimi dettagli al contrario di quanto voglia far credere Eginardo, biografo di Carlomagno, dal Papa e dai nobili franchi. Forse Carlomagno rimase sorpreso, ma ormai i tempi erano maturi ed egli sapeva che l'incoronazione era solo questione di tempo. Da quel momento Carlo diventa definitivamente il protettore della chiesa. In un mosaico del IX secolo, tuttora conservato a Roma nella basilica di San Giovanni in Laterano, Carlo (Carulo Regi) riceve la sua investitura direttamente da San Pietro (SCS Petrus), che gli porge una bandiera, per difendere con il potere temporale la chiesa, mentre il Papa (DN Leo PP) riceve il Pallio, un panno di lana bianca, che rappresenta il potere spirituale.