После смерти Пипина Аквитанского его сыновья были лишены наследства, а королевство Аквитания также передано Карлу. Многие представители знати отказались признать Карла и выступили на стороне Пипина II, сына Пипина Аквитанского. В 839 г. император объявил о новом разделе империи между наследниками. Карл должен был получить области к западу от реки Мозель, включая Нейстрию, а также Аквитанию, Бургундию и Прованс, за Людовиком Немецким сохранялась Бавария, а Лотарю отходили остальные земли. Людовик Немецкий поднял восстание, которое было подавлено. Весной 840 г. Карл возглавил борьбу с мятежниками в Аквитании, но летом пришло известие о неожиданной кончине Людовика Благочестивого. Сразу после его смерти началась междоусобная война между наследниками. Император Лотарь I, заключив союз с Пипином II Аквитанским, пытался захватить те земли, которые он должен был унаследовать по условиям раздела 817 г. В сражении при Фонтенуа (25 июня 841 г.) Лотарь I и Пипин II потерпели поражение от Карла, который объединился с Людовиком Немецким. Современники отмечали жестокость этой битвы и огромные потери, понесённые обеими сторонами (по свидетельству Агнелла Равеннского, склонного к преувеличениям, со стороны Лотаря и Пипина погибло более 40 тыс. человек). В феврале 842 г. на встрече в Страсбурге Карл и Людовик Немецкий заключили соглашение, так называемые Страсбургские клятвы, обязавшись совместно действовать против Лотаря. Клятву принесли и воины, которые обещали отказать в повиновении правителю, нарушившему договор. Императору Лотарю I пришлось согласиться на переговоры о мире. Одним из посланников Карла был крупный магнат Адальхард, на чьей племяннице Эрментруде король женился в декабре 842 г. В июле 843 г. в Вердене был заключён мирный договор, по которому Лотарь сохранил за собой императорский титул, но притязания его союзника Пипина II на Аквитанию не были признаны. Карл получил королевство западных франков – земли к западу от реки Маас (за исключением Фландрии и частично Бургундии), а Людовику Немецкому кроме Баварии достались Алеманния, Саксония и земли в среднем течении Рейна с городами Майнц, Вормс и Шпайер. В состав «срединного» королевства Лотаря I вошли Северная Италия, Прованс и земли между Рейном и Мозелем, в том числе Фландрия на севере. Таким образом, Франкская империя была разделена на три части, примерно равные по экономическому и политическому значению (в историографии условия мирного договора обычно именуются Верденским разделом империи). Исследователи полагают, что участники соглашения не были удовлетворены достигнутым компромиссом. Фактически каждый правитель желал восстановить единство империи по образцу «Ordinatio imperii» 817 г., установив контроль над центральными областями государства и вытеснив прочих королей на периферию. Однако тяжёлое положение, вызванное междоусобицами, заставило Карла приступить к упрочению власти над королевством западных франков.