Kristina luopui kruunustaan 6. kesäkuuta 1654 ja samana päivänä Kaarle Kustaasta tuli Ruotsin kuningas. Hän meni samana vuonna naimisiin Holstein-Gottorpin herttuan Fredrik III:n tyttären Hedvig Eleonooran kanssa. He saivat yhden lapsen, josta sittemmin tuli Kaarle XI. Avioliiton poliittinen merkitys oli suuri, sillä se tuki liittoa Ruotsin ja Holstein-Gottorpin ruhtinaskunnan välillä. Holstein-Gottorpilla oli pitkään ollut konflikteja Tanskan kanssa.[2]
Vain vuosi kruunauksensa jälkeen Kaarle aloitti sodan Puolaa vastaan. Puolassa oleva Vaasa-suvun haara vaati Ruotsin kruunua. Puola kärsi nyt kasakoiden kapinasta, ja vuonna 1654 myös Venäjä oli hyökännyt Puolaan.
Ensi alkuun sota kävi hyvin ja Varsova vallattiin elokuussa 1655. Armeija jatkoi Krakovaan, joka vallattiin kaksi kuukautta myöhemmin. Kaarle löi Puolan kruununarmeijan Voinczin taistelussa 23. syyskuuta. Puolan kuningas Juhana II Kasimir pakeni Sleesiaan.
Kaarlen ajatus oli jakaa Puola sen vihollisten kesken, jolloin Ruotsi olisi ottanut itselleen Itämeren rannikon eli Itä-Preussin. Preussi tosin kuului BrandenburginvaaliruhtinaalleFredrik Vilhelmille, joka ei katsonut suopeasti Ruotsin aikeita, mutta Kaarle sai pakotettua Brandenburgin liittolaisekseen.
Puolan kansa nousi Kaarlea vastaan, ja sotaonni kääntyi. Koko vuoden 1656 kevät kului Ruotsin armeijan liikkuessa ympäri Puolaa lyömässä kapinoita. Muitakin vihollisia Ruotsilla riitti. Kesäkuussa 1656 Venäjä hyökkäsi Ruotsin Liivinmaahan ja valtasi Laatokan länsirannat tunkeutuen seuraavana vuonna sissijoukoilla Saimaalle asti niin sanotussa ruptuurisodassa. Ruotsin entinen vihollinen Saksan keisari Ferdinand III alkoi myös varustaa maanpaossa olevaa Puolan kuningasta. Alankomaat eivät pitäneet Ruotsin aikeista vallata koko Itämeren rannikko, ja selustassa odotti perivihollinen Tanska.
Vuoden 1657 alussa Ruotsin asema Puolassa oli erittäin tukala. Brandenburg vetäytyi pois Ruotsin kanssa tekemästään liitosta. Keisari solmi liiton Puolan kanssa toukokuussa 1657, ja kaiken lisäksi Tanska julisti sodan Ruotsille kesäkuussa.
Sota Tanskaa vastaan
Kaarle X Kustaa teki nyt täyskäännöksen ja suuntasi armeijansa Tanskaa kohti. Puolaan hän jätti vain vähäisiä varuskuntia Preussiin. Vuoden 1657 syksyn aikana Kaarle valloitti Jyllannin, ja tammi-helmikuussa Ruotsin armeija ylitti jään peittämät Vähän-Beltin ja Ison-Beltin. Armeijan ollessa vain parinkymmenen kilometrin päässä Kööpenhaminasta solmittiin rauha, jossa Skåne, Halland, Blekinge, Bornholm, Bohuslän ja Trondheimin lääni siirtyisivät Ruotsille.
Tämän jälkeen Kaarle olisi halunnut jatkaa sotaa Saksassa, tällä kertaa Itävaltaa ja Brandenburgia vastaan. Saksan sotaretkestä ei kuitenkaan tullut mitään. Armeijalle, joka melkein kokonaan koostui palkkasotureista, oli pakko löytää tekemistä.
Toinen sota Tanskaa vastaan
Elokuussa 1658 Kaarle lähetti armeijansa jo toiseen kertaan Tanskaa vastaan. Tällä kertaa tavoitteena oli pyyhkiä Tanska kokonaan pois maailmankartalta. Sota ei sujunutkaan niin hyvin kuin ensimmäisellä kerralla. Lokakuussa 1658 Alankomaiden laivasto saapui Tanskan avuksi. Kööpenhamina saatiin piiritettyä, ja Ruotsin armeija teki epäonnistuneen rynnäkön kaupunkia vastaan helmikuussa 1659. Samalla Itävalta, Puola ja Brandenburg tulivat Tanskan avuksi ja valloittivat Jyllannin. Ruotsin joukot lyötiin marraskuussa 1659, ja Kaarle ehdotti rauhaa Tanskalle ja Puolalle, vaikka vielä toivoikin, että sotaonni kääntyisi hänelle edulliseksi.
Kaarle kutsui koolle valtiopäivätGöteborgiin tammikuussa 1660. Siellä hän sairastui äkillisesti ja kuoli helmikuun 12. ja 13. päivien välisenä yönä.
Kaarle X Kustaan suku hallitsi Ruotsia vuoteen 1720.
