Han tog en framstående del i stiftandet av tyska fursteförbundet och inträdde 1791 i preussiska armén, med vilken han 1792–1793 gjorde fälttåget mot Frankrike. Efter de preussiska arméernas nederlag vid Jena och Auerstädt 1806 slöt han sig till Rhenförbundet för att rädda sitt land. Efter slaget vid Leipzig 1813 gick Karl August i rysk krigstjänst och anförde en av ryssar och tyskar sammansatt armékår i Belgien. På Wienkongressen 1815 fick han ökat landområde och titeln storhertig. År 1816 gav han sitt land en författning, och han regerade så liberalt, som stormakternas reaktionära hållning tillät.