זמן קצר לאחר כניסתו של אדריאנוס לתפקיד, פלש דסידריוס מלך הלומברדים לשטח מדינת האפיפיור, ואדריאנוס נאלץ לבקש את עזרתו של קרל הגדול מלך הפרנקים, שהגיע לסייע בראש צבא גדול. קרל כיתר את כוחותיו של דסידריוס וצר על עיר הבירה הלומברדית, פאביה. ב-774 הכניע את העיר, הגלה את המלך למנזר בצרפת ונטל לעצמו את התואר "מלך הלומברדים". קרל הגדול אישר את מתת פפין והעניק למדינת האפיפיור את האקסרכיה של רוונה, שכללה את הפנטאפוליס ("חמש ערים" ברצועת החוף של הים האדריאטי בין רימיני לאנקונה). אדריאנוס חגג את המאורע בהטבעת מטבעות על שמו ובהתאם למגמת ההתנתקות מהאימפריה הביזנטית ששלטה אז במערב אירופה, לא חתם עוד על מסמכיו במניין השנים של שנות שלטון הקיסר המזרחי, אלא של קרל הגדול. כמו כן, בנה אדריאנוס אחוזה מפוארת בצפון ויי, שממנה הנהיג את דוכסות רומא, והיא נקראה Domusculta Capracorum. האחוזה מתוארת בליבר פונטיפיקליס, אך שרידיה נמצאו רק בשנות ה-60 של המאה ה-20.
בתחרות שהתנהלה כל העת בין קרל הגדול לבין האימפריה הביזנטית ולבין דוכסותבנוונטו הלומברדית, נותר אדריאנוס בעל ברית נאמן לקרל, למרות חילוקי הדעות בנושא הסגידה לאיקונין שהיו ביניהם. אדריאנוס תמך בגישתה של הכנסייה המזרחית להתיר את האיקונין, ואף הביע את דעתו בעניין באמצעות נציגיו בוועידת ניקיאה השנייה ב-787.
