Konflikt med påvedömet
Fredericks intresse för Sydtyskland och Burgund involverade honom dock i det närliggande Italien. Han har blivit hårt kritiserad av många historiker för sina handlingar i detta område. Men det är svårt att se hur han kunde ha undvikit att intressera sig för denna del av riket, där tyska härskare sedan kejsar Henrik V:s dagar (regerade 1106-1125) hade spelat en liten roll och hade låtit både Italiens nordliga städer och påvedömet utvecklas relativt ostört. Nu förändrades allt detta.
Påven Adrian IV, som var oense med sin mäktige vasall och beskyddare, normandernas kung av Sicilien, Vilhelm I, bad Fredrik om hjälp med att göra sig av med Arnold av Brescia, en religiös reformator som hade tagit kontroll över staden Rom. Under åren 1154-1155 besvarade Fredrik denna begäran genom att rycka fram mot Rom och tillfångata och avrätta Arnold. I gengäld kröntes han till kejsare av påven. Fredrik var dock uppenbarligen ovillig att acceptera den skenbara underordning som denna ceremoni innebar.
Under 1157 var påven och kejsaren definitivt oense, eftersom Fredrik, när han höll en riksdag i Besançon i Burgund, tolkade ett påvligt brev som ett smädande av hans självständighet. Från och med denna tid började han referera till sitt rike som ett heligt rike på samma nivå som kyrkan. När han återvände till Italien med en stor armé 1158 var han redo att utmana den påvliga auktoriteten. Han gjorde det vid en riksdag som han höll i Roncaglia, där han i egenskap av romersk kejsare gjorde anspråk på fullständig auktoritet över de norditalienska städerna, vilket innebar både rätten att utse podestor, eller kejserliga guvernörer, för dem och att ta ut tunga skatter på dem. Han grundade dessa anspråk på rättigheter som kejsare fick enligt den romerska lagen, som nyligen hade återupptäckts och studerades i Bologna och på andra platser i Norditalien. När Milano, den mäktigaste staden i Norditalien, gjorde motstånd mot hans krav och gjorde uppror, intog han den efter en lång belägring och raserade den. År 1161 hade han krossat allt motstånd i Norditalien och verkade vara på god väg att organisera detta rika område som en kejserlig domän under hans direkta styre.
Fredericks framgång störde dock påvedömet, som nu var i händerna på en ny påve, Alexander III. Den oroade också de normandiska kungarna på Sicilien i söder och invånarna i de norditalienska städerna som 1168, med påvlig välsignelse, hade organiserat Lombardförbundet för att motsätta sig Fredriks auktoritet. Inför detta växande motstånd försökte Fredrik motverka den påvliga fientligheten genom att inrätta en antipåve och tvingade på så sätt Alexander att för en tid fly till Frankrike (1162-1165). Han planerade också ett angrepp på kungadömet Sicilien. I längden visade sig dock hans fiender vara för många för att han skulle kunna bemästra dem. Lombardförbundet växte i makt, och Milano återuppbyggdes medan Fredrik oundvikligen var frånvarande i Tyskland.
Slutligt återvände Fredrik 1174 åter till Italien igen med en relativt liten armé, eftersom han bara kunde samla ett minimalt stöd för sina italienska planer bland sina tyska adelsmän. Med denna styrka försökte han flera misslyckade belägringar av städer och blev sedan 1176 svårt besegrad av en milanesisk styrka i slaget vid Legnano. Fredrik insåg att detta nederlag hade dömt ut hans italienska framtidsutsikter och slöt fred med påven Alexander III och gav upp sin antipåve. Alexander övergav i gengäld sina lombardiska allierade och lät Fredrik få full kontroll över kyrkan i Tyskland. År 1183 kom Fredrik också överens med det lombardiska förbundet genom att underteckna freden i Konstanz, genom vilken dessa centra garanterades självstyre och rätten att kontrollera sina egna skatter och sin egen rättsliga förvaltning. Fredriks lombardiska äventyr hade slutat i ett misslyckande.