ヘンリー8世と同盟して行った対フランス戦争では1525年にパヴィアの戦いでフランス王フランソワ1世を捕虜とすることに成功し、1526年にフランスの北イタリアにおける権益を全面放棄するというマドリード講和条約を承認させた。しかし、フランソワ1世は釈放されるとすぐに前言を翻してこの条約を破棄した。そこで1528年、サン・ジョルジョ銀行から融資を受けて、再びの抗争に入った（この間にローマ劫掠事件も起こった）。1529年にあらためてフランスとの間に貴婦人の和約と称されるカンブレー講和条約を、ローマ教皇庁との間にバルセロナ和約を結んで、北イタリアにおける権益を確保したが、その引き換えにブルゴーニュ公領を手放した（ブルゴーニュ伯領・フランシュ＝コンテ地域圏は保持）。1530年にはボローニャでイタリア王、ローマ皇帝としての正式な戴冠式を行った。ローマ教皇によって帝冠を受ける儀式はこれが最後になる。1524年に起きたドイツ農民戦争とシュマルカルデン同盟の成立に際しては手一杯だったカール5世は、弟のフェルディナントを代行としてドイツ地方における政務を委託している（フェルディナントは1531年にローマ王に即位）。