I 863 døde hans bror Karl, og Ludvig ervervet kongedømmet Provence. I 864 havnet han på kollisjonkurs med paven på grunn av sin brors skilsmisse, og Ludvig valgte å støtte de erkebiskoper som pave Nikolus hadde avsatt da de ugyldighetserklærte ekteskapet. Ludvig stod med sin armé utenfor Roma i februar 864 men ble da rammet av alvorlig feber og inngikk istedet en fredelig løsning med paven.