Konflikt med pavedømmet
Frederiks bekymring for Sydtyskland og Burgund involverede ham dog i det nærliggende Italien. Han er af mange historikere blevet hårdt kritiseret for sine handlinger i dette område. Men det er svært at se, hvordan han kunne have undgået at interessere sig for denne del af riget, hvor tyske herskere siden kejser Henrik V’s dage (regerede 1106-1125) havde spillet en ringe rolle og havde ladet både de nordlige byer i Italien og pavedømmet udvikle sig relativt uforstyrret. Nu ændrede alt dette sig.
Papst Adrian 4., der var i strid med sin magtfulde vasal og beskytter, normannernes konge af Sicilien, Vilhelm 1., bad Frederik om hjælp til at slippe af med Arnold af Brescia, en religiøs reformator, der havde taget kontrol over byen Rom. I 1154-1155 besvarede Frederik denne anmodning ved at rykke frem mod Rom og tage Arnold til fange og henrette ham. Til gengæld blev han kronet til kejser af paven. Frederik var dog tydeligvis tilbageholdende med at acceptere den tilsyneladende underordning, som denne ceremoni indebar.
I 1157 var paven og kejseren definitivt uenige, da Frederik, da han, da han holdt rigsdag i Besançon i Bourgogne, tolkede et paveligt brev som en fornærmelse af hans uafhængighed. Fra dette tidspunkt begyndte han at omtale sit rige som et helligt imperium på lige fod med kirken. Da han vendte tilbage til Italien med en stor hær i 1158, var han klar til at udfordre den pavelige autoritet. Det gjorde han på en rigsdag, som han afholdt i Roncaglia, hvor han som romersk kejser krævede fuld myndighed over de norditalienske byer, herunder både retten til at udpege podestas, eller kejserlige guvernører, for dem og til at opkræve tunge skatter af dem. Han baserede disse krav på rettigheder, som kejserne havde fået i henhold til den romerske lov, som for nylig var blevet genopdaget og blev studeret i Bologna og andre steder i Norditalien. Da Milano, den mest magtfulde norditalienske by, gjorde modstand mod hans krav og gjorde oprør, indtog han den efter en lang belejring og ødelagde den. I 1161 havde han knust al modstand i Norditalien og syntes godt på vej til at organisere dette rige område som et kejserligt domæne under hans direkte styre.
Frederiks succes forstyrrede imidlertid pavedømmet, som nu var i hænderne på en ny pave, Alexander III. Den foruroligede også de normanniske konger af Sicilien mod syd og indbyggerne i de norditalienske byer, som i 1168 med pavens velsignelse havde organiseret Lombardforbundet for at modsætte sig Frederiks autoritet. Stillet over for denne voksende modstand forsøgte Frederik at imødegå den pavelige fjendtlighed ved at indsætte en antipave og tvang således Alexander til for en tid at flygte til Frankrig (1162-1165). Han planlagde også et angreb på kongeriget Sicilien. I det lange løb viste hans fjender sig imidlertid at være for mange til, at han kunne undertrykke dem. Den langobardiske liga voksede i magt, og Milano blev genopbygget, mens Frederik uundgåeligt var fraværende i Tyskland.
Endeligt vendte Frederik i 1174 igen tilbage til Italien med en forholdsvis lille hær, da han kun kunne samle minimal støtte til sine italienske planer blandt sine tyske adelsmænd. Med denne styrke forsøgte han flere forgæves belejringer af byer, og i 1176 blev han så slemt besejret af en milanesisk styrke i slaget ved Legnano. Da han erkendte, at dette nederlag havde forpurret hans italienske udsigter, sluttede Frederik fred med pave Alexander III og opgav sin antipave. Alexander lod til gengæld sine lombardiske allierede i stikken og tillod Frederik fuld kontrol over kirken i Tyskland. I 1183 indgik Frederik også en aftale med den langobardiske liga ved at underskrive freden i Konstanz, hvorved disse centre blev garanteret selvstyre og ret til at kontrollere deres egne skatter og retsforvaltning. Frederiks langobardiske eventyr var endt med en fiasko.