Новый император оказался лицом к лицу с опасностью грандиозного нашествия мусульман. Ему некоторое время удавалось, обманывая их командующего, брата халифа Масламу, замедлять продвижение сарацинских войск к Константинополю от ранее захваченного ими Пергама, но к лету 717 г. арабы уже перешли Геллеспонт, а 15 августа началась осада столицы. Поддерживая сухопутные войска, 1 сентября в Пропонтиду вошел громадный (ок. 1800 кораблей) арабский флот и занял все морское пространство против Константинополя, от Магнавры до Кикловия. Ромеи перегородили Золотой Рог цепью на деревянных поплавках, а василевс, не теряя времени даром, организовал вылазку и, лично командуя византийскими кораблями, одержал над врагом первую победу.
Не сумев взять город с ходу, сарацины приступили к планомерной осаде, выкопав у стен ров и возведя на нем укрепления. Но инициатива на море, благодаря «греческому огню», оставалась в руках ромеев, а город, обильно снабженный средствами обороны еще при Анастасии II, с суши был неприступен. Осада затянулась до зимы, которая оказалась необычайно холодной. Более трех месяцев земля лежала под снежным покрывалом, из-за отсутствия фуража и продовольствия в огромном лагере осаждающих начался голод.
Союзные ромеям болгары уничтожали отряды, посланные для добычи провианта во Фракию, и к весне положение солдат Масламы сделалось отчаянным. «Они пожирали всякую падаль, и лошадей, и ослов, и верблюдов. Говорят даже, что они ели трупы людей и свой собственный помет в горшках, мешая его с закваской» (Феоф., [82, с. 291]). Прибывшая по приказу нового халифа Омара II весной 718 г. эскадра была разбита византийцами, причем часть моряков халифа из египетских христиан изменила ему и перебежала к единоверцам вместе с кораблями. Подкрепления, шедшие из Дамаска по суше, несли большой урон от рейдов византийской кавалерии, а в конце концов были остановлены у Никеи и повернули вспять. В лагере Масламы свирепствовала чума, и 15 августа 718 г. осада была снята. Отступавший флот греки сожгли, а буря в Эгейском море рассеяла его остатки. Крупнейший поход арабов с позором провалился: из ста восьмидесяти тысяч воинов, принявших в нем участие, домой возвратилось менее четверти, а из более чем двух с половиной тысяч кораблей — лишь пять. Эта неудача серьезно подорвала возможности халифата и надолго отбила у мусульман охоту к войне. Дальнейшая история конфликтов ромеев с сарацинами оказалась для последних не менее печальной. Начав с конца 720-х гг. беспокоить византийские рубежи разбойничьими набегами, арабы за десять лет собрали огромную армию для крупного вторжения и в 739 г. двинули ее в пределы империи. Но, несмотря на некоторые успехи, мусульмане не смогли продвинуться сколь-нибудь далеко в глубь ее территории, а в 740 г. у местечка Акроинон в Малой Азии армия христиан, возглавляемая императорами Львом III и его сыном Константином V, нанесла им страшное поражение.
Значение этих побед для мировой истории (наряду с победой франков Карла Мартелла при Пуатье в 732 г.) нельзя недооценить. Во всяком случае, именно после разгрома при Акроиноне в Дамаске начались смуты, завершившиеся падением Омейядов, экспансия арабов в Европу практически сошла на нет, а византийцы сами начали неуклонно продвигаться на юг и юго- восток, возвращая бывшие свои владения в Малой Азии и Сирии.
Лев III оставил глубокий след в византийской истории не только победами в сражениях, но и в значительной мере благодаря своей внутренней политике. Фемные учреждения при нем получили дальнейшее развитие. В Малой Азии образовалась новая фема — Фракисийская с центром в Эфесе, в Европе — две: Фракия и Македония. Умело и вовремя поддержав тенденции, возникшие задолго до вступления Сирийской династии на трон, ее основатель укрепил державу и по существу обуздал кризис, терзавший государство с конца VII столетия.