Первый период, благоприятный для Карла, привел к потере французами всего севера Италии — от Милана до Генуи. Успехи Карла склонили на некоторое время английского короля к оказанию более эффективной помощи, которая выразилась в опустошении северо-западных районов Франций. Карл получил поддержку от Венеции. Новый папа, преемник Льва X, кардинал Адриан, некоторое время пытался сохранять нейтралитет, но затем и он присоединился к Карлу. Наконец, в результате опрометчивых действий матери Франциска на сторону императора перешел вместе со своими войсками наиболее могущественный вассал французского короля — герцог Карл Бурбонский. Причиной измены герцога явилось намерение Франциска лишить герцога наследства, оставшегося после смерти жены. Когда начался процесс, герцог Бурбонский счел свою жизнь в опасности и перешел на сторону Карла. Благодаря его помощи были одержаны победы в Италии и захвачен Прованс вплоть до Марселя, оказавшего героическое сопротивление. Колебания Карла и медлительность его войск (отчасти объяснявшиеся отсутствием средств) помешали извлечь большие выгоды из достигнутых успехов. В западных Пиренеях испанцам удалось вернуть Фуэнтеррабию.
Второй период кампании был очень неудачен для Карла. Франциск собрал армию и вторгся в Италию (октябрь 1524 г.), овладел Миланом и осадил Павию, в которой укрылся командующий войсками Карла Антонио де Лейва. Для императора сложилась тяжелая обстановка. Недавние союзники — Венеция и папа (Адриан умер 14 сентября 1523 г., и папой был избран Климент) — откололись от него; в Германии назревало восстание; и Карл не мог положиться ни на Англию, ни на своего собственного брата Фердинанда, претендовавшего на герцогство Миланское.
Третий, заключительный, период кампании принес быстрые и неожиданные изменения. Соединенные войска герцога Бурбонского и маркиза де Пескары общей численностью в 20 000 человек, состоявшие преимущественно из немецких наемников и испанских аркебузиров, появились перед Павией, где 24 февраля 1525 г. произошла решающая битва, в результате которой французы были полностью разгромлены, и сам французский король попал в плен. Он был отвезен в Испанию и заключен со всеми полагающимися почестями в замок Луханес, в Мадриде, где перенес очень тяжелую болезнь.
13 января 1526 г. был подписан мирный договор, по которому Франциск уступил Карлу Бургундию в ее старых границах и отказывался от всех своих прав на Италию и Нидерланды. Кроме того, он обязывался вернуть герцогу Бурбонскому все его земли и титулы и предоставить в распоряжение испанского короля французскую армию. Но этот договор оказался бесплодным. Франциск не намеревался выполнять его. Он нарушил его тотчас же, как получил свободу. Дела снова принимали дурной оборот для Карла, так как еще несколько раньше (30 августа 1525 г.) Англия порвала союз с Испанией и заключила с Франциском мир, а в Италии папа и другие властители стремились избавиться от императорского владычества. Драматическим поводом к разрыву отношений с Англией послужило бесчеловечное обращение Генриха VIII со своей супругой, королевой Екатериной, дочерью католических королей. Возможно, что одной из причин жестокого обращения с женой было желание Генриха VIII дать повод к разрыву с Карлом.
Война с папой. Климент VII, человек трусливый и нерешительный, безусловно, в глубине души, как папа и итальянец, был противником императора. Победа при Павии в высшей степени обеспокоила и папу, и Венецию, и всех итальянцев. Продолжительная военная оккупация требовала огромных расходов на содержание оккупантов; помимо этого, население страдало от произвола военачальников и недисциплинированности солдат. Все это приводило к непрерывно учащавшимся протестам.
В мае 1526 г. между Францией, Венецией, Флоренцией, Миланом и папой, при поддержке Англии, оформился союз, носивший название «святой лиги». Своею целью союз ставил освобождение Северной Италии от войск Карла, а в случае сопротивления последнего, отторжение Неаполя и освобождение детей Франциска I, оставленных Карлом в качестве заложников до выполнения Мадридского договора.
Карлу было известно из сообщений командующего его войсками Пескары о событиях, назревавших в Италии. Через своих послов герцога де Сесса и Уго де Монкада Карл попытался отвлечь папу от его намерений. Однако папа оставил все усилия Карла без внимания. Тогда Монкада, согласно полученным инструкциям, использовал вражду между кардиналом Колонной и его домом, и папой, оказав поддержку партии Колонны. Обманув Климента VII ложным соглашением, Колонна захватил папский дворец и вынудил папу бежать. Пока Климент укрывался в замке св. Ангела, партия Колонны захватила сокровища, хранившиеся в соборе св. Петра. Папа вынужден был начать переговоры с Монкадой; позже он отомстил дому Колонны, опустошив его владения.
