Am 4. März 1848 stimmte er einer Verfassung zu, die die konstitutionelle Monarchie einführte. Nach dem Ausbruch einer Revolution im von Österreich beherrschten Königreich Lombardo-Venetien erklärte er, von Camillo Benso von Cavour beeinflusst, am 23. März 1848 Österreich den Krieg. Nach Anfangserfolgen (Schlacht von Goito) erlitt er in der Schlacht bei Custozza in der Nähe des Gardasees gegen Josef Graf Radetzky eine Niederlage und schloss am 9. August 1848 einen Waffenstillstand. Nach einem Aufstand in der Toskana kam es erneut zum Krieg, in dem Karl Albert am 23. März 1849 bei Novara von Radetzky geschlagen wurde. Daraufhin entschloss sich Karl Albert, zugunsten seines Sohnes Viktor Emanuel II. abzudanken.