Однако Константин принял свое назначение армией на этот пост с притворной неохотой и написал Галерию осторожное письмо, слагая с себя ответственность за действия войск, но прося признать себя в качестве цезаря. Галерий был не в силах отказать ему в просьбе, боясь мощи западной армии. И в течение года Константин носил титул цезаря не только в своих собственных провинциях, но и в восточных. В завязавшейся затем междоусобной войне Константин поначалу не участвовал, но явно был на стороне врагов Галерия. Он успешно воевал с франками и алеманнами и перестроил по-новому оборонительные сооружения на рейнской границе. Восстание Максенция в Риме (28 октября 306 года) при поддержке его отца Максимиана привело к поражению, пленению и смерти западного августа Севера. После этого Максимиан признал Константина августом (307 год); они скрепили свой союз браком Константина и Фаусты, дочери Максимиана. После этого тесть с зятем объявили себя консулами, что, однако, не нашло признания на Востоке.

Тем временем Галерий вторгся в Италию, но мятеж в войсках заставил его отступить от ворот Рима. Максимиан уговаривал Константина напасть на его отступающую армию с фланга, но тот еще раз проявил решимость строго следовать по пути законности. В 308 году Диоклетиан и Галерий на совете в Карнунте решили отстранить западных правителей. Вместо Максимиана августом Запада был назначен Лициний (11 ноября 308 года), а титул «сыновей августа» (цезарей) получили Константин и Максимиан Дайя. Константин молчаливо игнорировал это соглашение: он продолжал носить титул августа до 309 года, когда правитель Востока, считавшийся старшим, официально не объявил его таковым (совместно с Лицинием). В его землях никакие иные императоры не признавались. В 310 году, пока Константин отражал нашествие франков, Максимиан попытался вернуть себе титул августа в Арелате (Арль). Константин спешно вернулся с Рейна и преследовал Максимиана до Массалии (ныне Марсель), где взял его в плен и казнил. Поскольку законное право Константина на западную часть Империи основывалось на его признании Максимианом, ему теперь пришлось искать новое оправдание законности своей власти, и он нашел его в своем происхождении от римского императора Клавдия Готика (Готского), который был представлен как отец Констанция Хлора. После этого Константин стал терпеливо ждать удобного случая для полного захвата власти в Риме. Терпение Константина вскоре было вознаграждено. В 311 году Галерий умер. И Максимин Дайя (который в 310 году принял титул августа Востока) сразу же повел армию к берегам Босфора и одновременно вступил в переговоры с Максенцием. Это вынудило Лициния искать поддержки Константина. Они заключили союз, и Константин отдал в невесты Лицинию свою единокровную сестру Констанцию.

Константин взялся за оружие только в 312 году, когда ему объявил войну правивший в Италии Максенций. Но коль скоро война началась, он действовал стремительно и решительно. Пока Максенций собирал силы, армия Константина уже перешла через Альпы и вторглась в Италию. Под Турином Константин нанес своему врагу первое поражение, после чего вся Северная Италия признала его власть. Под Вероной была разбита вторая армия. Смелость, совсем не вяжущуюся с обычной осторожностью Константина, объясняют следующим событием: как говорится в книге Евсевия «Жизнь Константина», глазам Константина явилось чудо-видение Пылающего Креста, появившегося в небе в полдень с надписью под ним на греческом: «Эв тоута вика» («Сим победишь»). Это, правда, лишь на смертном одре привело к обращению императора в христианство. Историк Евсевий заявляет, что слышал эту историю из уст Константина. Евсевий писал после смерти императора, и она, очевидно, была ему незнакома в таком виде, когда работал над «Историей Церкви». Автор другого сочинения «О смерти гонителей» был хорошо осведомленным современником Константина (это сочинение приписывают Лактанцию, писателю и ритору, жившему при Диоклетиане и умершему в 317 году), и он рассказывает нам, что знак Пылающего Креста явился Константину во сне. Даже Евсевий добавляет, что это было не дневное видение, а ночной сон. Как бы то ни было, Константин приказал на всех знаменах и штандартах изобразить монограмму собственного изобретения, так называемую ХиРо (), которая со временем была перенята византийскими императорами как главный символ Империи.

Решающее сражение произошло у Красных Скал (по-другому эту битву называют «битва у Мильвиева моста») в девяти милях от столицы. Максенций, надеясь на численное превосходство, выступил из Рима, готовый встретить претендента на переправе через Тибр, у Мильвиева моста. Армия, за шесть лет прекрасно обученная Константином, сразу же доказала свое превосходство. Галльская конница загнала левый фланг врага в Тибр, с ним погиб и Максенций, как говорили, вследствие обрушения моста (28 октября 312 года). Остатки его войска сдались по собственной воле, и Константин включил их в ряды своей армии.

Вступив в Рим, Константин велел казнить двух сыновей свергнутого императора и позаботился о совершенном истреблении его рода. Но когда некоторые римляне потребовали казни всех приверженцев Максенция, Константин решительно воспротивился такой жестокости и объявил всеобщую амнистию.

Справедливость была одним из главных достоинств Константина. По свидетельству Аврелия Виктора, он всем своим врагам оставил почет и имущество и принял их в число друзей. Легионы преторианцев и их вспомогательные отряды, более пригодные для смут, чем для защиты города, он совершенно распустил и вместе с тем отменил их особое вооружение и военную одежду (Виктор: «О цезарях»; 40, 41).

Пробыв недолгое время в Риме, Константин в 313 году отправился в Медиолан и здесь выдал за Лициния свою сестру Констанцию. Кроме того, оба императора издали эдикт, окончательно положивший конец гонениям на христиан. В нем, в частности, говорилось: «Руководствуясь здравым и правым смыслом, мы объявляем следующее наше решение: никому не запрещается свободно избирать и соблюдать христианскую веру и каждому даруется свобода обратить свою мысль к той вере, которая, по его мнению, ему подходит… Отныне всякий, свободно и просто выбравший христианскую веру, может соблюдать ее без каких бы то ни было помех…»

Даровав свободу вероисповедания своим подданным, сам Константин еще несколько лет жил в двоеверии. Он все более деятельно поддерживал христиан, но продолжал приносить жертвы старым богам; давал большие деньги на восстановление христианских церквей и не менее щедро поддерживал языческие храмы; превозносил Христа и Аполлона. Но в последующие годы почитатели старины и древнего римского духа с болью и гневом убедились, что император постепенно склоняется к новой религии. Он отказался участвовать в публичном молении в честь Юпитера Капитолийского и запретил ставить свои изображения в храмах, а потом и вовсе перестал посещать их.

Епископы и проповедники нового учения приглашались к императорскому столу и назначались воспитателями его детей. В чертогах дворца Константин устроил церковь, где молился вместе со всем своим двором. Евсевий пишет, что император проводил целые ночи без сна за изучением Священного Писания и сочинением проповедей. Затем, собрав слушателей, он вставал с поникшим лицом и тихим голосом, весьма благоговейно, толковал им божественное учение. Если потом слушатели оглашали его одобрительными криками, то он давал им знак возводить очи к небу и своим удивлением, своими благоговейными похвалами чествовать одного Бога. Разделяя речи на части, он то обличал заблуждения многобожия, то говорил о единовластвующем Божестве и вслед за тем рассуждал о всеобщем и частном промысле. Даже на золотых монетах он повелел изображать себя в виде молящегося, со взором, обращенным вверх. В походах Константин возил за собой сделанную наподобие церкви палатку. Позже каждый легион стал иметь такую походную церковь и получил священников и диаконов.