Niet alleen de verhoudingen tussen Rome en Pavia, maar ook die tussen Pavia en Aken verslechterden. Desiderius voelde zich zwaar beledigd door de verstoting van Desiderata en zon op wraak. In de herfst van 772 vielen zijn Longobarden de Pentapolis binnen en maakten zich meester van Senigallia, Jesi, Urbino en Gubbio. Adrianus riep de hulp in van de enige bondgenoot die op dat moment iets voor hem kon betekenen.
Karel stelde Desiderius voor om de steden die hij tijdens die militaire campagne had ‘afgepakt’, terug te geven aan de paus, in ruil waarvoor hij 14.000 gouden solden zou krijgen. Desiderius weigerde, waarop Karel de Franken mobiliseerde en twee legers samenstelde. Het ene vertrouwde hij toe aan zijn oom Bernhard, het andere leidde hij zelf.
Aanvankelijk verliep de strijd gunstig voor de Longobarden, totdat Desiderius’ zoon Adalgis in de pan werd gehakt door Bernhard. Pavia werd ingesloten door de Franken.
Tijdens de belegering trok Karel met een hele stoet edelen, bisschoppen en abten naar Rome. De paus ontving hem daar als de redder van de Kerk. Volgens de pauselijke biograaf bevestigde Karel de schenking die zijn vader Pepijn had gedaan en voegde hij er nog allerlei gebieden aan toe, waarvan sommige toebehoorden aan de Longobarden en de Byzantijnen. Aldus werd de paus zogenaamd heerser over twee derde deel van Italië.
Pavia bezweek intussen onder het langdurige beleg. Desiderius werd opgesloten in een klooster, waar hij de rest van zijn leven mocht doorbrengen met vasten en gebed. Zo kwam er een einde aan Longobardisch Italië.
