После умиротворения Германии, покорения южной Италии и возобновления союзных отношений с папой ломбардцы оставались главными противниками Фридриха. Война с ними назревала уже много лет, так как могущественные ломбардские города не хотели признавать над собой никакой власти и отвергали даже те призрачные права императора, которые Фридрих I утвердил по констанс-кому миру. Все попытки разрешить конфликт дипломатическим путем не имели успеха, и летом 1237 г. Фридрих во главе большой армии выступил против непокорных. В октябре он овладел Мантуей и двинулся на Милан. 27 ноября при Кортенуове он внезапно напал на войска лиги. Ломбардцы в течение дня упорно отражали атаки немцев. Однако ближе к ночи тяжелая немецкая конница прорвала вражеский строй и обратила противников в бегство. Число убитых и взятых в плен достигало 10 тысяч. Это поражение тягостно подействовало на итальянцев. В начале 1238 г. Лоди и многие другие небольшие города, не надеявшиеся выдержать осаду имперских войск, открыли перед Фридрихом ворота. Но Милан, Алессандрия. Бреши, Пиаченца и Болонья решили продолжать войну. Они, впрочем, соглашались признать верховную власть императора и распустить Лигу, но твердо настаивали на сохранении своего самоуправления. Фридрих отвечал им требованием безусловной покорности, поэтому война продолжалась. В августе император подступил к Бреши и три месяца вел упорную осаду этого города. Натолкнувшись на героическое сопротивление, он должен был в начале ноября отступить в Кремону. Эта неудача имела для него очень дурные последствия. Генуя и Венеция отложились от Фридриха и перешли на сторону его врагов. Папа Григорий, с большим неудовольствием наблюдавший за усилением императора, также стал открыто поддерживать ломбардцев. Еше более усилили негодование папы сардинские события. Во время осады Бреши Фридрих устроил свадьбу своего побочного сына Энцио с вдовой Убальдо Висконти Аделазией. Она владела большей частью Сардинии. Не взирая на то, что этот остров считался владением папы, Фридрих дал Энцио титул короля Сардинии.
В апреле 1239 г. папа вторично отлучил Фридриха от церкви, предал его проклятью, освободил его подданных от присяги и наложил интердикт на все те местности, в которых он будет находиться. Поначалу это отлучение не оказало большого влияния на события, но в конечном итоге оно послужило причиной гибели всего рода Гогенштауфенов. Осенью 1239 г. Фридрих осадил Милан, но не смог его взять. Император ограничился тем, что разграбил и опустошил его окрестности. Затем Фридрих двинулся на Рим. Многие города Тосканы и Умбрии открыли перед ним ворота, но римляне на этот раз проявили большое воодушевление и поклялись папе стойко выдержать осаду. Увидев, что нет надежды на легкую победу, Фридрих отказался от нападения на город. Летом 1240 г. он пошел в Романью, в августе принял капитуляцию Равенны, а затем подступил к Фаэнце. После изнурительной осады в апреле 1241 г. город сдался. Тогда же Фридриху покорился Беневент. В обоих городах император обошелся с побежденными очень милостиво. Летом он опять пошел на Рим и по дороге узнал о смерти Григория. Тем не менее он осадил город, упорно приступал к нему, но не мог взять. В течение двух лет он жестоко опустошал римскую Кампанью, но так и не взял ни одного города. Все владения римской кафедры он объявил имперскими. Его сарацины разрушили Альбано и беспощадно опустошили владения кардиналов. Те собрались в Ананьи и оттягивали избрание нового палы. Наконец, в июне 1243 г. был избран кардинал Синибальдо Фиэски, принявший имя Иннокентия IV. Взойдя на престол, этот папа стал твердо и жестко продолжать политику своего предшественника, так что император ничего не выиграл от смены первосвященника. В довершение несчастий против Фридриха восстал город Витербо, которому он сделал много благодеяний. Все попытки захватить его осенью 1243 г. окончились неудачей. Поражение под Витербо было тяжёлым ударом. Целый ряд городов в Ломбардии сразу отложился от императора. В 1244 г. папа перебрался из Рима в Лион и здесь в апреле 1245 г. вновь отлучил Фридриха от церкви. Затем собравшийся в июне собор объявил императора низложенным. После этого ни о каком примирении не могло быть и речи.