Karol zmarł jednak dwa lata później i królem Włoch został Karol Otyły, który w 881 roku w podzięce za pomoc udzieloną papieżowi Janowi otrzymał tytuł cesarski, w 882 tytuł króla Wschodnich Franków, a w grudniu tego samego roku tytuł króla Zachodnich Franków. Karol został obalony w 887 roku przez Arnulfa z Karyntii, a po nim cesarzem został Gwido i był pierwszym cesarzem niepochodzącym z dynastii Karolingów, co niektórzy uważają za ostateczny koniec Imperium Karolińskiego. Arnulf z Karyntii, który na cesarza koronował się dopiero w 896 roku, zmarł w 899. Na cesarza w 900 roku został koronowany Ludwik III Ślepy, ale już w 905 roku został uwięziony przez Berengara I z Friulu, który został cesarzem w 915 roku. Ludwik III był ostatnim Karolingiem posiadającym tytuł cesarza. W latach 924–962 nikt nie był cesarzem, uczynił to dopiero Otton I Wielki, uważany za twórcę państwa niemieckiego, a nie wschodniofrankijskiego. Część historyków uznaje za datę końca imperium 987 roku, czyli rok śmierci Ludwika V Gnuśnego, ostatniego króla z dynastii Karolingów.