Keisril oli mitmeid kokkupuuteid ka Vana-Liivimaa poliitikaga. Juba 1521. aastal kinnitas ta Liivimaa piiskopkondade privileegid ning määras nende kaitsjateks Taani kuninga, Leedu suurvürsti, Mecklenburgi hertsogid, Brandenburgi kuurvürsti, Saksa ordu kõrgmeistri Preisimaal ja Lübecki. Mõni aasta hiljem pidi ta lahendama Preisimaa sekulariseerimise järel tekkinud kõrgmeistrikoha täitmise küsimuse, otsustades 1527. aastal Liivi ordumeister Wolter von Plettenbergi asemel anda see Saksa meistrile. Samas kinnitas ta juba aasta varem Plettenbergi saamise riigivürstiks ning läänistas talle 1530. aastal Augsburgi riigipäeval pidulikult Liivimaa orduvaldused. Karl kohtus ka mõnede Liivimaa valitsejate saadikute, näiteks Georg von Ungerniga, kellele ta annetas Pürksi vabahärra tiitli.