Став императором, Людовик в первую очередь сослал своих распутных сестер в монастыри, причем под горячую руку попала и скромная Гундрада, а их любовников жестоко наказал: граф Варнара был убит, а Одоин ослеплен и сослан.
Следующим шагом императора стала раздача королевств сыновьям. Лотарь стал королем Баварии, а Пипин — королем Аквитании. Кроме того, в 817 году Людовик заставил Лотаря возложить на себя императорскую корону и объявил его своим соправителем. Этим он ущемил права своего внучатого племянника, итальянского короля Беренгара. Беренгар поднял мятеж. Однако сторонники восставшего короля перешли на сторону императора, когда тот появился, и Беренгару ничего не оставалось, как сдаться на милость Людовика. Подстрекаемый своей жестокой женой Ирменгардой, Людовик предал племянника суду, который и приговорил его к смерти, но император не решился утвердить этот приговор и «смягчил его», заменив смертную казнь ослеплением. Но Беренгара ослепили с такой жестокостью, что через два дня он умер. Итальянское королевство Людовик отдал своему сыну Людовику.
В 1818 году умерла императрица Ирменгарда, Людовик так переживал ее смерть, что собирался постричься в монахи, но приближенные удержали его от этого шага и уговорили жениться во второй раз. Со всех частей империи были собраны дочери вельмож, и Людовик выбрал Юдифь из рода Вельфов. Провдовствовав всего четыре месяца, Людовик женился вновь. Он быстро привязался к молодой, красивой и умной жене, которая стала его главной советницей. После рождения сына Карла положение новой императрицы еще более упрочилось: император не мог ей ни в чем отказать. Заботясь о будущем своего сына, Юдифь внушила Людовику мысль, что он должен выделить королевство Карлу так же, как и своим старшим сыновьям. И Людовик наделил шестилетнего сына герцогством Швабским.
Растущее влияние Юдифи сильно беспокоило старших сыновей Людовика, они начали строить козни. Был пущен слух, будто Юдифь живет в тайной связи с королевским казначеем Беренгаром и хочет сделать его императором. Неизвестно, было ли это правдой, но императрица действительно была очень близка с Беренгаром и проводила с ним много времени.
Первым мятеж против отца поднял Пипин. Его поддержали другие братья. Юдифь была насильно пострижена в монахини, а Людовика на съезде вельмож в Компьене лишили императорской власти и передали корону Лотарю. Лотарь недолго радовался своей победе, вскоре младшие братья одумались и вернули власть Людовику, а Юдифь была возвращена из монастыря.
Но уже в 832 году ситуация повторилась: Юдифь отправили в монастырь, а Людовика принуждали постричься. Но император, когда-то сам стремившийся отойти от мирской жизни, теперь упорствовал. После того как очередной съезд в Компьене признал Людовика виновным в тяжких преступлениях и лишил права носить оружие, младшие сыновья снова вступились за отца. Людовик Баварский просил Лотаря не обращаться с отцом слишком жестоко, но тот отвечал, что не потерпит вмешательства в свои дела. Тогда Людовик собрал ополчение и освободил отца.
Лотарь долго сопротивлялся, но, потерпев поражение при Блуа, он упал к ногам Людовика Благочестивого и поклялся в верности. Людовик, славившийся умением прощать, простил сына, но отобрал у него итальянские владения.
В течение своего правления Людовик несколько раз производил раздел земель между сыновьями, в зависимости от политической ситуации, жалуя или отбирая какую-то их часть, но неизменно расширял владения только сына Карла. При этом он сильно обидел своих внуков, детей умершего Пипина, полностью лишив их земель. Аквитанцы решили с оружием в руках защищать права наследников Пипина, и Людовик отправился усмирять мятеж. Воспользовавшись его отсутствием, Людовик Баварский захватил Алеманию и Франконию. Но Людовик I Благочестивый усмирил мятежников и после этого вернул захваченные сыном земли. Завершив этот поход, Людовик заболел лихорадкой и вскоре умер.
Лотарь, бывший его соправителем, объявил о вступлении на императорский престол и потребовал присяги. Но с этим были не согласны его братья, Людовик и Карл. Объединившись, они разгромили войско Лотаря 25 июня 841 года и, ограбив стан врага, разошлись по домам. А Лотарь стал собирать новое войско. Пообещав саксонцам и норманнам-язычникам восстановить их права, он включил их в свое войско и снова отправился против братьев и снова проиграл сражение. Тогда Лотарь согласился на перемирие с братьями, и они поделили земли между собой.
Лотарю достались Италия, Прованс и Бургундия. Он сам поселился в Ахене, сына Людовика II сделал итальянским королем, другого сына, Лотаря II, короновал в Лотарингии, а третьему, Карлу, отдал Прованс. В 855 году он сложил с себя власть и постригся в монахи, а через пять дней умер.
В 850 году Папа Римский Лев IV венчал Людовика II короной императора Священной Римской империи.