По мере того как влияние Вабаллата росло, территории переходили под его контроль. Верные ему силы сражались на юге, в Аравии. В надписи из Востры говорится о восстановлении храма Юпитера Аммона, «разрушенного врагами из Пальмиры». В 270 году армия вторглась в Египет, нанеся поражение войскам, которыми командовал наместник провинции. Затем основные силы Зенобии отступили, но вернулись, чтобы подавить восстание. Странным образом этот шаг не был расценен как решительный разрыв с римским императором. Подобно силам Одената, армия Зенобии, по-видимому, представляла собой смесь римлян — кадровых военных и солдат из Пальмиры. К тому же командовавшие ею Септимий Забда и Септимий Забдай были уроженцами Пальмиры и одновременно римскими гражданами. Зенобия, судя по всему, предпочитала полагаться на людей из родного города, которые, возможно, состояли в родстве между собой.

Теперь в руках царицы оказались Сирия, Египет, значительная часть Малой Азии — хотя в Вифинии местные жители подняли восстание и отразили натиск ее войск, — а также некоторые территории Аравии. Культура при ее дворе во многом напоминала культуру Пальмиры, однако этим сходством дело не ограничивалось. Одним из главных советников царицы был повсеместно уважаемый философ Кассий Лонгин из Эмесы, преподававший риторику в Афинах. О попытках распространения пальмирской или какой-либо другой «восточной» культуры на территориях, находившихся под контролем Зенобии, ничего не известно. Напротив, правительство оставалось по преимуществу римским, и римские титулы всегда упоминались наравне с сугубо пальмирскими званиями.

В 271 году Вабаллат наконец был провозглашен императором. Изображение Аврелиана исчезает с монет, чеканившихся на казенных монетных дворах в Антиохии и Александрии; вместо них на всех монетах появляется портрет мальчика, иногда наряду с портретом его матери. Он получил титул августа, Зенобия же стала августой. То было открытое объявление войны, но с Аврелианом, а не с Римом; Вабаллат просто-напросто изображался на монетах в качестве легитимного императора. Что касается мальчиков-императоров, то прецеденты — Элагабал и Александр Север — уже имелись; они также были императорами из Сирии, причем за ними стояли женщины, державшие бразды правления в своих руках. Ситуация очень напоминала то, что происходило в случае галльских императоров, и, подобно им, Зенобия не прилагала никаких усилий для того, чтобы расширить свои владения и прибрать к рукам оставшуюся часть империи. Это не означало, что она и ее сын не претендовали на власть над другими провинциями — они просто отказались от захвата их силой на данном этапе. Вероятно, Зенобия надеялась с помощью переговоров добиться того, чтобы ее сын стал соправителем Аврелиана: последний был бездетен и по этой причине не имел бесспорного наследника. Но если у нее были такие планы, ее постигло разочарование.

В 272 году Аврелиан повел войска в Малую Азию. Поначалу он практически не встречал сопротивления. Когда Тиана закрыла перед ним ворота, он в ярости поклялся «не оставить в живых ни одной собаки» после того, как возьмет город. В результате один из горожан вскоре провел солдат внутрь.

Император казнил предателя, считая, что человеку, изменившему родине, нельзя доверять, но запретил солдатам грабить город. Вместо этого он приказал перебить всех собак.

Восстановив власть Рима над Малой Азией, армия двинулась к югу, в Сирию. Первое крупное столкновение произошло близ Антиохии — вероятно, около селения Иммы, где Макрин потерпел поражение от Элагабала более чем пятьюдесятью годами ранее. Зная, что его силам предстоит столкновение с мощной катафрактской конницей, Аврелиан выслал вперед собственную легкую кавалерию, приказав отступить сразу же, как только противник двинется навстречу Римляне сделали, как им приказали, и вовлекли врагов в беспорядочное преследование. Вскоре последние выбились из сил, изнуренные жарой и тяжестью доспехов; римляне вновь собрались и изрубили их в куски. Армия Зенобии отступила к Эмесе; пленника, похожего на Аврелиана, нарядили в императорское платье и провели по Антиохии, чтобы предупредить переход людей на сторону противника, прежде чем они решат бежать.

Аврелиан двинулся дальше. Его солдаты атаковали один из небольших городов, стоявший на холме, выстроившись знаменитой «черепахой» (testudo): их щиты находили один на другой, прикрывая их головы от снарядов. Вскоре после этого его войска встретились с вражеской армией близ Эмесы. Римская кавалерия вновь получила приказ обратиться в притворное бегство и заманить вражескую катафрактскую кавалерию в ловушку. Однако то ли пальмирские командиры извлекли урок из прежних ошибок, то ли римляне выполнили маневр не столь тщательно, но на сей раз катафракты вступили в бой с отступавшими римлянами. Римское войско выиграло сражение благодаря пехоте, чей вклад стал решающим. Армия Аврелиана включала в себя разнообразные войска, пришедшие с ним из Европы. Замечено, что с ним был отряд из Палестины — скорее всего регулярные войска из тех мест: помимо обычного оружия, они также сражались дубинами и булавами, что было чрезвычайно эффективно против врагов в доспехах. Более чем вероятно, что регулярные части по-прежнему бились на стороне Зенобии, однако Аврелиану было важно сделать акцент на том, что его враги — иноземцы. Когда Август сражался против Антония и Клеопатры, он во многом действовал так же.

Одержав победу, Аврелиан начал осаду самой Пальмиры. Примерно в то же время армия под предводительством одного из его командующих вновь взяла Египет. Зенобия, находившаяся в Пальмире, пришла в отчаяние: она ускользнула из города в сопровождении всего нескольких сторонников и пустилась в путь через пустыню на верблюдах. Говорили, что она хотела добраться до Персии, но вместо этого наткнулась на римский патруль, и ее схватили. Покинутые царицей, военные силы в городе вскоре сдались, благодаря чему Пальмиру пощадили и не разграбили. Аврелиан проявил милосердие к Зенобии (как впоследствии к Тетрику). Вместо нее главные обвинения были обращены на ее советников. В числе прочих казнили и Кассия Лонгина; говорят, он встретил свою участь с величайшим достоинством. Сведений о произошедшем с Валлабатом не сохранилось, и это отчасти свидетельствует о том, что его фигура не имела подлинного значения.

Однако восстание не закончилось. Когда Аврелиан отвел назад основную часть армии, жители Пальмиры провозгласили в 273 году нового императора. Римское войско вернулось и взяло город штурмом; на сей раз жители заплатили за все сполна. Случившееся положило конец золотому веку Пальмиры. Территория, занимаемая ею, значительно сократилась, и Пальмира стала маленьким городком, практически все население которого составлял его гарнизон; в ней наконец появились бани, столь нужные солдатам. Торговые пути сместились (вероятнее всего, еще одной причиной стало разрушение Дураевропос, имевшее место несколько лет назад), и источник благоденствия Пальмиры иссяк. Еще одно восстание — в Александрии — также было подавлено, но в данном случае неясно, стремился ли его лидер стать правителем империи или имел в виду более скромные цели.

Аврелиан вернулся в Рим в 274 году и отпраздновал величайший триумф из всех, какие город видел за многие годы. Тетрик участвовал в шествии в качестве пленника; то же выпало и на долю Зенобии, так увешанной тяжелыми украшениями и золотыми цепями, что ей трудно было идти. Затем бывший император галлов отбыл, дабы занять в Италии административный пост correctores (соправителя). Насчет судьбы Зенобии источники расходятся, но заслуживающая наибольшего доверия (и вызывающая наибольшую симпатию) версия утверждает, что она вышла замуж за сенатора и дожила свой век в мире и уюте. Сто лет спустя ее потомки благоденствовали, будучи членами сенаторской элиты, и гордились своей знаменитой прапрабабушкой.