Одновременно император предпринял попытку организации превентивного контрудара. Летом 715 г. он отправил против арабов быстроходный флот с десантом на борту во главе с диаконом великой церкви и счетчиком казенных податей (логофетом геникона) Иоанном. Задачей византийского войска было расстроить подготовку мусульман к вторжению, они должны были сжечь недостроенный арабский флот прямо на верфях и захватить либо уничтожить собранные в портах военное снаряжение и продовольственные припасы. Впрочем, эта экспедиция закончилась неудачей – во время стоянки на острове Родос взбунтовавшиеся солдаты фемы Опсикий убили Иоанна и провозгласили императором некоего Феодосия, «сборщика казенных налогов, человека беспечного и простолюдина». Феодосий пытался скрыться от столь высокой, но смертельно опасной доли бунтовщика и сбежать в горы, однако его изловили, «принудили к царствованию, провозгласили [императором] и увезли с собой».

Пойдя на Константинополь, бунтовщики захватили город, низвергли императора Анастасия ІІ и усадили на престол Феодосия ІІІ, который и сам вскоре пал вследствие мятежа, возглавленного Львом Исавром. Патриарх Никифор писал, что Феодосий ІІІ уступил престол добровольно, поддавшись на просьбы подданных, устрашенных известиями о готовом к вторжению арабском войске и понимавших, что нынешний василевс военачальником не является и организовать оборону неспособен. Даже если это и не вполне соответствует действительности, следует признать, что приход к власти Льва ІІІ Исавра (717–741 гг.) накануне осады оказался весьма удачным – во главе империи оказался имеющий боевой и дипломатический опыт один из самых талантливых византийских полководцев за всю историю империи. Еще не став императором, он вступил в вынужденные переговоры с Сулейманом и тянул время, взойдя же на престол 25 марта 717 г., активно продолжил начатые еще Анастасием II приготовления к обороне. Маслама угрожал Льву, заявляя: «Славную твою Софию, дом поклонения твоего, сделаю баней для войска моего, и древо креста, которому ты поклоняешься, разобью о голову твою». Василевс, однако, «не сробел, а послал ему ответ в твердых выражениях».

Приготовления императора Льва ІІІ оказались недолгими – захватив по дороге Пергам, уже в середине июля 717 г. мусульманские войска общей численностью до 120 тысяч под предводительством Масламы перешли Геллеспонт и к середине августа приступили к осаде Константинополя. 1 сентября к сухопутному контингенту присоединился колоссальный по своему количеству – около 1800 кораблей – флот под командованием Сулеймана, который блокировал все морские подступы к столице, заняв все пространство от Магнавры до Кикловия. Василевс предпринял против арабского флота несколько удачных морских вылазок, сжигая вражеские суда «греческим огнем».

Поскольку взять город сходу оказалось невозможным, мусульманские войска приступили к планомерной осаде, обнеся свой лагерь рвом и земляным валом, поверх которого была сооружена каменная крепида. Началась вторая осада арабами Константинополя, одна из самых грандиозных осад в истории Византии. Ромеи во главе с энергичным василевсом отчаянно сопротивлялись врагу почти год. Попытка штурма окончилась для арабов неудачей. Крепкие стены столицы, готовой к обороне, мужество и воинское искусство и на сей раз спасли византийцев. В Константинополе постепенно скопилось так много пленных мусульман, что по просьбе Масламы для них даже была открыта мечеть при тюрьме претория.

Тем временем на помощь ромеям пришла необычайно суровая зима, бывшая особенно губительной для теплолюбивых и к тому же обосновавшихся лагерем в чистом поле арабов. Патриарх Никифор свидетельствует в своей краткой истории: «Между тем случилась суровая зима, так что в течение ста дней земли не было видно из-за массы выпавшего снега; вследствие этого немалое количество людей, коней, верблюдов и прочих животных пало». К уничтожавшему арабов морозу присоединился голод, которого в подготовившемся к осаде Константинополе, имеющем, к тому же, возможность пополнять запасы путем рыбной ловли «при островах и при морских стенах» и безопасного сухопутного сообщения. В арабском же лагере, по свидетельству Феофана, свирепствовал страшный голод: «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. Постигла их и смертоносная язва, и множество погибло от нее». Отряды же Масламы, отправлявшиеся добывать провиант во Фракию, исправно уничтожали болгары, которые были на то время союзниками византийцев.

Положение осаждавших должны были спасти прибывшие им на помощь весной флоты из египетской Александрии в 400 судов и Африки в 360 кораблей, доставившие в значительных количествах продовольствие и оружие. Однако они, не решившись подойти к Константинополю из-за опасения быть уничтоженными византийскими огненосными судами, по большей части высадились на побережье Вифинии, а частично, видимо, были сожжены ромеями. Феофан сообщал об этом: «Нападение сопровождалось полным успехом: одни корабли сделались жертвой пламени, другие посажены на мель, иные захвачены в плен. Взяв добычу и запасы наши с радостью возвратились».

Наконец, часть моряков-христиан из присланного египетского флота изменила арабам и перешла на сторону византийцев вместе с кораблями. Одновременно понесли существенный урон от рейдовых партизанских ударов византийской кавалерии и были остановлены в районе Никеи подкрепления, шедшие по суше. Положение осаждавших, которых, к тому же, косила чума, становилось безвыходным.

В итоге 15 августа 718 г. мусульмане были вынуждены снять осаду Константинополя. Византийцы практически дотла сожгли их отступавший флот, а страшная буря в Эгейском море довершила начатое ромеями. В итоге домой вернулось всего 5 кораблей из более чем двух с половиной тысяч, и менее 30 тысяч воинов из почти 200-тысячного войска. Потери оказались столь громадными, что надолго отбили у мусульман желание связываться с Византией. Частично восполнить их арабам удалось лишь почти десятилетие спустя, когда в 726 г. ограниченный контингент их войск вторгся, дойдя до Никеи, но вскоре был вынужден отступить.

Большая же армия для крупного вторжения была собрана лишь к 739 г. Впрочем, несмотря на некоторые успехи в самом начале вторжения, арабским войскам не удалось продвинуться в глубь территории Византии. В 740 г. 20-тысячная армия ат-Баттала была наголову разгромлена у местечка Акроинон в Малой Азии византийским войском под командованием василевса Льва ІІІ и его сына Константина V. Поражение арабов было страшным, бегством смогли спастись менее семи тысяч человек.

Разгром мусульман византийцами в середине VIII в. стал переломным не только в истории Византии, которая не только сдержала натиск, но и постепенно, пусть с переменным успехом, но начала отвоевывать некоторые завоеванные арабами территории. Это был важнейший поворотный момент в истории Европы и всего мира, гораздо более весомый по своему значению, чем всемирно знаменитая битва при Пуатье в 732 г. Византийцы не только спасли себя, но и прикрыли покровом своей цивилизации те полудикие варварские королевства германцев, которые лишь формировались на окраинах Европы и из которых должны были вырасти современные европейские народы. По большому счету, они спасли таким образом и христианство как таковое.