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En février 814, Louis apprend la mort de son père Charlemagne alors qu'il se trouve dans son palais de Doué-la-Fontaine.
Revenu à Aix-la-Chapelle après un voyage d'un mois, il procède à différents changements dans le personnel dirigeant, ses conseillers étant promus et ceux de Charlemagne écartés (en particulier ses cousins Adalard et Wala). Il renvoie du palais un certain nombre de femmes qui s'y trouvaient, y compris ses sœurs, qui sont placées dans des monastères.

Contrairement à Charlemagne, il renonce à s'intituler encore roi des Francs et des Lombards ; le seul titre qu'il porte est celui d'empereur, indiquant par là que son autorité est aussi universelle que celle du pape et s'étend comme elle à tous les chrétiens.

Le 5 octobre 816, il est couronné et sacré par le pape Étienne IV à Reims. Il est le premier monarque sacré à Reims, pratique suivie par presque tous les rois de France après lui.