jednak jego przeciwnicy oskarżyli go przed Karolem o cudzołóstwo i wiarołomstwo. Król Franków odesłał z eskortą papieża do Rzymu, gdzie dotarł 29 listopada. 1 grudnia 800 roku Karol Wielki wziął udział w synodzie, mającym na celu zbadanie oskarżeń względem Leona. 23 grudnia tego samego roku papież oczyścił się z zarzutów składając uroczystą przysięgę na Ewangelię w bazylice św. Piotra, a jego oskarżycieli skazano na śmierć, zamienioną potem na wygnanie.
25 grudnia 800 Leon koronował Karola Wielkiego na cesarza rzymskiego, po czym złożył hołd nowemu cesarzowi, przyklękając przed nim. Był to jedyny taki przypadek w dziejach papiestwa i w konsekwencji, według niektórych protestanckich historyków, doprowadził do podziału Kościoła na wschodni i zachodni, gdyż Karol, mając nieograniczoną władzę polityczną nad zachodnią częścią Kościoła, zezwolił w 810 roku na wprowadzenie do modlitw mszalnych nowego Credo (Filioque), opartego na pismach Augustyna i Ojców łacińskich, różnego w warstwie dosłownej od nicejskiego wyznania wiary, i to stało się trzy wieki później jednym z powodów rozdarcia Kościoła.