W 629, po śmierci ojca, odziedziczył Neustrię. Utrzymał podział królestwa na Austrazję, Neustrię i Burgundię, próbując jednocześnie rozciągnąć swoją władzę na Akwitanię i południową Francję. W 629 roku wydzielił swemu bratu Charibertowi II królestwo Akwitanii, które jednak w 632 ponownie wróciło pod panowanie Dagoberta I. W 631 został pokonany przez słowiańskiego wodza Samona w bitwie pod Wogastisburgiem. W 634 możnowładcy Austrazji wymusili na nim ustanowienia tam jako króla dzielnicowego jego syna Sigeberta III. Śmierć Dagoberta I stanowiła początek rządów majordomów władających w imieniu królów, którzy rzadko dożywali pełnoletniości.