Charlemagne (fils de Pépin le Bref, descendant de ces Maires du palais qui ont peu à peu supplanté les Mérovingiens), devient empereur et reçoit le sacre à Rome en l'an 800. Il rend un capitulaire pour établir à Poissy plusieurs Missi Dominici.
Lorsque, après la mort du dernier des Carolingiens, Hugues Capet est élu roi (987), il possède un territoire morcelé - dont la châtellenie de Poissy, acquise par son ancêtre Eudes.
Son fils Robert II lui succède de 996 à 1031. Il fait rebâtir le château où il tenait ses audiences de justice, ainsi que l'église dédiée à Sainte-Marie (qui a précédé l'église actuelle). Il y avait alors, outre cette église, un lieu de culte dédié à Saint-Jean et un autre, extra-muros, dédié à Saint-Martin.
Constance d'Arles, sa troisième épouse, apprécie le séjour à Poissy. Elle privilégie son second fils au détriment de l'aîné, Henri, qui doit faire le siège de la ville pour l'en chasser.
Vers 1200, Philippe II Auguste accorde à la ville une "charte de commune" et confie aux habitants l'entretien de leurs murailles. C'est au château de Poissy que meurt la jeune Agnès de Méranie que le roi avait épousée.
Le roi Philippe donne à son fils Louis (Louis VIII, dit "le Lion") la terre de Poissy en 1209.
Blanche de Castille, femme de Louis VIII, met au monde plusieurs enfants à Poissy. Deux d'entre eux, morts très jeunes, sont inhumés au milieu du coeur de l'église Notre-Dame de Poissy.
Louis, futur Louis IX, naît en 1214 au château qui jouxte l'église dans laquelle il est baptisé. Il lui arrive de porter le nom de "Louis de Poissy".
A la mort prématurée de son père,en 1226, sa mère, Blanche, investie de la régence, le fait rapidement sacrer roi à Reims.
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De son union avec Marguerite de Provence, il a 10 enfants :
c'est le quatrième de la fratrie, Philippe né en 1245 à Poissy, qui lui succède en 1270. Philippe III, dit "le Hardi", règne jusqu'à son décès en 1285.
Marié à Isabelle d'Aragon, les époux royaux donnent naissance à Philippe qui devient roi à la mort de son père sous le nom de Philippe IV, dit "Le Bel".
De son union avec Jeanne de Champagne, naissent trois futurs rois :
- Louis X, dit "le Hutin", sacré en 1314.
- Philippe V, dit "le Long", sacré en 1316
- Charles IV, dit "le Bel", sacré en 1322