Почти всё время Карл Великий проводил в Ахене: охотился, принимал иностранные посольства, председательствовал на собраниях знати, курировал работу по исправлению богослужебных книг; уделял много внимания вопросам наследования трона. Имея большое количество детей (у Карла Великого было пять жён и, по крайней мере, четыре официальные наложницы), он довольно рано определил, что законными наследниками будут считаться только сыновья от Хильдегарды. В 781 г. Пипин и Людовик стали королями Испании и Италии, а Карл Юный воспитывался при дворе, Карл Великий заставлял его приобретать политический и военный опыт, чтобы в перспективе уступить ему трон. Среди франкской элиты это решение не было однозначно одобрено всеми. Свидетельством тому может служить так называемый заговор Пипина Горбатого в 792 г. Вокруг старшего сына Карла Великого, рождённого от Гимильтруды, которую Эйнгард ошибочно называл наложницей, сплотились недовольные политикой франкского короля. Заговор был раскрыт, а все участники сурово наказаны. В 806 г. был составлен один из наиболее значительных правовых документов эпохи – «О разделении королевств» («Divisio regnorum»). В соответствии с германскими обычаями Франкская империя была разделена между Карлом Юным, Пипином и Людовиком – тремя законными сыновьями Карла Великого от Хильдегарды. Коронованный в 781 г. как король Аквитании Людовик получил Аквитанию и Гасконь, часть Бургундии, Прованс, Септиманию и земли на Луаре, кроме области Тура. Пипину, лангобардскому королю с 781 г., досталась Северная Италия, а также часть Баварии и Алеманнии. Карлу Юному, королю франков с 800 г., передавались наиболее важные территории империи (Австразия, Нейстрия, а также Тюрингия, Саксония, Фризия, части Бургундии, Баварии и Алеманнии). Братья должны были заботиться о благополучии церкви, поддерживать Римских пап и помогать друг другу в целях сохранения единства империи, сообща сражаться против внешних и внутренних врагов, не принимать в своих владениях беглых вассалов других братьев, выдавать беглых свободных и зависимых людей, не принимать в подарок или не приобретать каким-либо иным способом земли в других частях империи, способствовать скорейшему разрешению пограничных конфликтов. В случае смерти одного из братьев его доля наследства должна быть поделена между остальными на принципах равенства. План не был воплощён: в 811 г. умер бездетный Карл Юный, годом раньше скончался Пипин, король Италии. В 813 г. Карл Великий сделал Людовика, короля Аквитании, своим соправителем и короновал в Ахене. Бернард, сын Пипина, получил Италию и присягнул на верность императорам. В старости Карл Великий страдал от артрита. Заболевание сопровождалось мучительными приступами и хронической бессонницей. Тем не менее, император не следовал советам врачей отказаться от жареного мяса и ограничить себя в вине. В январе 814 г. после купания император почувствовал лихорадку, которая быстро переросла в тяжёлую пневмонию; ранним утром 28 января он скончался. В «Жизни Карла» Эйнгард сообщает, что Карла Великого похоронили в базилике в Ахене, место погребения было обозначено позолоченной аркой с изображением императора и памятной надписью. В 882 г. во избежание разграбления могилы норманнами монумент демонтировали, сведения о местонахождении гробницы, судя по более поздним источникам, были утрачены.