По указанию святого Бруно началась перестройка кафедрального собора (завершена при архиепископе Геро), основан бенедиктинский монастырь при церкви великомученика Пантелеимона, которая также подверглась значительной перестройке (это был частный монастырь кафедры). Основано крупное аббатство святого Мартина Турского (современная церковь Грос-Санкт-Мартин). Границы города расширились, включив прилегающие непосредственно к Рейну торговые площади (районы Альтер-Маркт и Ноймаркт). В XI в. архиепископ Кёльна включился в борьбу за церковное первенство и политическое влияние в Германии. На статус примаса Германии претендовали также архиепископы Трира (на основании тесной связи с Папским престолом и легенды об апостольском происхождении кафедры) и архиепископы Майнца, которые со времени правления императора Оттона I возглавляли имперскую церковь. Полемика между представителями крупнейших митрополий разворачивалась как в церковно-политической, так и в культурной сфере. В 1028 г. в Ахене архиепископ Пилигрим совершил помазание короля Генриха III (1028–1058 гг., император с 1046 г.), это позволило преемникам Пилигрима претендовать на исключительное право совершать помазание германского короля. В 1032 г. по инициативе архиепископа Пилигрима была создана императорская канцелярия по Италии, которую возглавил архиепископ Кёльна (должность архикапеллана занимал архиепископ Майнца). Активное участие в конфликте принял преемник Пилигрима архиепископ Герман II (1036–1056 гг.). Он оспорил решение папы Римского Льва IX (1049–1054 гг.) о даровании Триру статуса первенствующей кафедры Германии (1049 г.). В 1052 г. понтифик издал привилегию (долгое время она считалась поддельной), в соответствии с которой архиепископ Кёльна обладал равенством по чести с предстоятелями Майнца и Трира и получил исключительное право совершать королевское помазание. Кроме того, архиепископ Кёльна был объявлен представителем папы Римского в Германии. Важный литературный памятник борьбы за церковное первенство – «Житие архиепископа святого Гериберта» (999–1021 гг.), составленное Ламбертом (Лантбертом) Дойцским между 1046 и 1060 гг. Преемник Германа II, архиепископ Аннон (Анно) II (1056–1075 гг.), стал инициатором государственного переворота (1062 г.). Регентша Агнесса из Пуатье была лишена власти, на престол возведён её сын Генрих (впоследствии император Генрих IV), при дворе которого Аннон II был одним из главных советников и фактически управлял Германией. В годы правления Аннона II значительно увеличилась территория церковного княжества (присоединены земли вокруг Андернаха, Дойца, Годесберга (ныне Бад-Годесберг) и проч.). Архиепископ реализовал масштабную строительную программу, которая была призвана подкрепить притязания кафедры Кёльна на первенство на германских землях, к XI в. относится расцвет романской архитектуры. При Анноне II были возведены церкви Пресвятой Девы Марии на Капитолии (Санкт-Мария-им-Капитоль), Пресвятой Девы Марии на Ступенях (Санкт-Мария-ад-Градус), проведены строительные работы в храмах святого Георгия, святого Пантелеимона, святого Гереона и др. К XI в. относится формирование административной системы архиепископства и церковного княжества.