Ludwig cho đổ quân sang Ý vào tháng 1 năm 1327. Động cơ, theo nguồn từ Ý đương đại, là do yêu cầu trợ giúp của các lực lượng thân hoàng đế trong đế chế Ý đối phó với phe Guelph (Welfen: Phe thân Giáo hoàng).[28] Ở Milan trong ngày Lễ Ngũ Tuần 1327 là lễ đăng quang vua Ý. Giáo hoàng đã đưa ra những biện pháp kế tiếp: vào ngày 03 tháng 4 năm 1327, ông đã rút lại tước hiệu Ludwig là Công tước xứ Bayern; vào ngày 23 Tháng 10, ông lên án Ludwig là một kẻ dị giáo, và không công nhận những quyền còn lại về tài sản của ông ta. Trong các văn kiện của Giáo hoàng Ludwig chỉ được gọi một cách khinh thường là Ludovicus Bavarus ("Ludwig der Bayer"). Tuy nhiên, các hành động của Giáo hoàng không ngăn cản nhà vua về việc tiếp tục chiến dịch Ý. Ludwig chiến đấu ở Ý gặp ít khó khăn hơn so với người tiền nhiệm của ông, Heinrich VII, tuy nhiên, ông ta đã theo đuổi những kế hoạch sâu rộng hơn là của Ludwig, đặc biệt là việc xây dựng một cơ cấu hành chính của đế quốc lâu dài. Đầu tháng 1 năm 1328 nhà Wittelsbach đã tới được Roma và đã được người dân ở đó chào đón tưng bừng. Đứng đầu trong giới quý tộc La Mã hỗ trợ ông là Sciarra Colonna, người đã chứng tỏ là "trụ cột hợp tác" của người La Mã thành phố Roma với Ludwig. Sciarra bắt đầu một liên minh của các quý tộc địa chủ lớn, với các hiệp hội bảo vệ các công dân của Roma. Trên cơ sở này, Ludwig đã có thể ổn định quyền lực của mình tại Roma từ tháng 1-tháng 8 1328.[29]

Tại Roma, Ludwig được ba vị giám mục là Giacomo Alberti của Prato, Giám mục của Castello (thuộc về Venice), Gherardo Orlandi từ Pisa, giám mục của Aleria (ở Corsica) và Bonifazio Gherardesca từ Pisa, Giám mục Chiron (ở Crete) và bốn quan chức của người dân Roma trao vương miện hoàng đế La Mã tại Vương cung thánh đường Thánh Phêrô. Vào ngày 18 tháng 4 năm 1328 Hoàng đế cho hạ bệ Giáo hoàng. Ngày 12 tháng 5 năm 1328 dân cử và giáo sĩ Rôma bầu Franciscan Peter của Carvaro làm giáo hoàng mới. Ông lấy tên Nicôla V. Tại Lễ Hiện Xuống vào ngày 22 tháng năm 1328 Giáo hoàng mới đăng quang Ludwig tại Vương cung thánh đường Thánh Phêrô. Với hành động này Ludwig cố gắng củng cố sự chính danh của tước hiệu hoàng đế của ông. Nicôla V không đóng vai trò quan trọng khi làm giáo hoàng đối lập. Ông từ chức 1330 và chịu phục tùng Gioan XXII.

Trong chiến dịch Ý, Ludwig, vào ngày 4 tháng 8 năm 1329, quy định qua Hiệp ước Pavia với Rudolf II và anh trai của ông ta Ruprecht I, những người thùa kế nhà Wittelsbach. Ludwig được Oberbayern, để cho những hậu duệ của anh trai mình lãnh thổ Pfalz. Trong trường hợp một trong hai dòng tuyệt chủng gia tài để lại sẽ thuộc dòng bên kia.[30] Việc hình thành hai dòng chính Wittelsbach vẫn tồn tại cho đến năm 1777. Trong tháng 2 năm 1330 Ludwig trở về từ Roma. Ông bây giờ là người cai trị duy nhất vì Friedrich qua đời vào ngày 13 tháng 1 năm 1330. Trong khi Ludwig vắng mặt, Friedrich không làm được chuyện gì đáng kể trong vương quốc.[31] Sau khi hoàn thành chuyến đi sang Ý, Ludwig 1330 thành lập tại Oberammergau tu viện Ettal, chỗ vượt qua núi Alpen, một địa điểm chiến lược quan trọng.