Boson zrzekł się Prowansji na rzecz Karola.
Karol jako cesarz 18 lipca 880 papież Jan VIII wysłał list do walczącego z nim Gwidona II ze Spoleto z propozycją rozmów pokojowych. List został jednak zignorowany przez Gwidona, który najechał państwo kościelne. Papież poprosił więc o pomoc króla Włoch, Karola Otyłego. Karol przybył na pomoc i pokonał Gwidona. W podzięce papież koronował go na cesarza. Uroczystość odbyła się 12 lutego 881 Później Karol przestał pomagać papieżowi w jego walce z Gwidonem, mimo kolejnych listów papieskich z prośbami o pomoc.
Jako cesarz Karol rozpoczął budowę pałacu w Sélestat w Alzacji. Budował go na wzór pałacu Karola Wielkiego w Akwizgranie. Ponieważ Akwizgran znajdował się w królestwie jego brata Karol wybudował więc nowy pałac cesarski na swoich ziemiach. Pałac ten został zbudowany bliżej centrum cesarstwa niż Akwizgran.