Всего через месяц армия достигла столицы Персии — Ктесифона (для такой мощной армии срок небольшой). И все-таки римляне двигались недостаточно быстро. Первоначальная цель вторжения доподлинно неизвестна — не исключено, ее недостаточно четко осознавал и сам Юлиан. Ктесифон представлял собой очень большой, превосходно укрепленный город. В обозе у римлян было недостаточно осадных машин для полномасштабной осады. В любом случае это заняло бы немало времени и создало бы значительные проблемы с обеспечением армии продовольствием, поскольку не удалось захватить его у врага в достаточном количестве. Что еще хуже, Шапур к этому моменту понял, что его перехитрили — наверняка диверсионные силы не проявляли достаточной активности, — и приближался к городу во главе значительной части персидских войск. Осада обещала быть долгой и трудной, и Юлиан быстро принял решение отказаться от нее.

Возможно, взятие Ктесифона не входило в планы римлян: они могли рассчитывать только на то, чтобы проникнуть в город тайно или принудить жителей сдаться. С другой стороны, римляне, наверное, просто недооценивали масштаб задачи, хотя это явилось бы серьезным упущением, учитывая, что они, пусть и по воспоминаниям, сохранившимся от давних кампаний, хорошо представляли себе мощь городских укреплений. Стоит учесть, что в основном военный опыт Юлиана проистекал из операций, проводившихся им близ Рейна. Там римляне время от времени быстро вторгались на вражескую территорию, жгли деревни и посевы, угоняли скот и, если им хотелось произвести сильное впечатление на противника, убивали или захватывали в плен население. Потрясенные столь ужасными нападениями, местные царьки, как правило, просили мира; в противном случае все повторялось. В ситуации гражданской войны Юлиану принесло успех быстрое проникновение в глубь территории Констанция, хотя главной его причиной, вероятно, стала пришедшаяся чрезвычайно кстати смерть императора. Сама собой напрашивается мысль, что Юлиан мыслил свою персидскую экспедицию во многом аналогично: неожиданное вторжение в глубь вражеской территории, захват поселений, опустошение земель и победы надо всеми войсками, которые встретятся на его пути. Когда персы убедятся, что их царь не может защитить страну, Шапуру придется просить мира и принять условия римлян. Юлиан надеялся, вероятно, вызвать у персов столь сильный шок, который мог привести к свержению царя и замене на его же родича, долгие годы прожившего в изгнании, у римлян.

Если Юлиан планировал события таким образом, то он допустил ряд серьезных просчетов. По масштабу действия римлян значительно превышали карательные экспедиции за Рейн — в отношении как численности войск, так и расстояний, которые они преодолевали. Также не было никаких оснований полагать, что персы в соответствии со сценарием потерпят крах в результате натиска врага. Шапур являлся сильным правителем, обладавшим всей полнотой власти и широкими возможностями для ведения войны, а не каким-то жалким вождем племени. Потребовались бы значительные усилия, чтобы сломить его волю или поднять подданных против него. Юлиан почувствовал, что не сумеет взять Ктесифон. Продвинуться дальше он не мог: он рисковал потерять все свои войска; оставаясь же на месте, не мог добывать продовольствие. В итоге Юлиан решил отступить; при этом он предпочел не вести армию обратно по опустошенным землям, а следовать вдоль берега Тигра. Рассказывают, что его ввели в заблуждение персы, притворявшиеся дезертирами. Прежде чем император изменил свое решение, большинство барж, везших продовольствие, было уничтожено согласно приказу. Их трудно было бы везти по Тигру против течения, но даже в этом случае данный шаг произвел мрачное впечатление на римских солдат, оказавшихся в глубине вражеской территории. Добыча фуража на новой дороге также оказалась нелегким делом. К тому моменту туда прибыла значительная часть армии Шапура, и персы начали тревожить римскую колонну. Люди Юлиана смогли уничтожить авангард персов, но были не в состоянии дать основным силам Шапура решающий бой. Ситуация приняла отчаянный характер и продолжала усугубляться.

26 июня 363 года, во время очередной атаки на авангард римлян, Юлиан бросился на место сражения, не позаботившись о том, чтобы надеть доспехи. В суматохе, в облаке поднявшейся пыли, он обогнал свою охрану. Дротик пронзил его; пытаясь вытащить острие, он поранил себе руку. Наиболее вероятно, что нападавший был сарацином, сражавшимся на стороне персов, но это не остановило слух о том, что его убил римлянин — либо возмущенный безвыходным положением, в которое вверг его император, либо христианин, ненавидевший его как язычника. Юлиана отнесли в его палатку, где он скончался через несколько часов. Сообщают, что он оставался в полном сознании, хранил спокойствие и спорил с философами на сложные, глубокие темы до самого конца. Ни один из источников не упоминает о том, что он старался дать военачальникам советы относительно дальнейших действий. Истории, вероятно, являются плодом вымысла — ведь именно так должен умирать философ — но звучат они правдоподобно. Юлиан, несомненно, был занят исключительно собой.

Впоследствии было объявлено, что Юлиан провозгласил своим наследником Прокопия. Однако, учитывая, что через два года тот предпринял попытку (полностью провалившуюся) захватить власть, это могло не соответствовать действительности. Он не присутствовал на месте происшествия, и высшие офицеры и чиновники понимали, что должны выбрать кого-то из числа участников экспедиции. Императору было бы куда удобнее вести переговоры с персами напрямую, поскольку те с недоверием отнеслись бы к любому соглашению, которое имело шансы быть отвергнуто новым правителем, находящимся в безопасности на территории империи. Первый из кандидатов отказался, ссылаясь на преклонный возраст. Тогда несколько офицеров помоложе провозгласили императором одного из своей среды. Его звали Иовиан, и сходство его имени с именем «Юлиан» (по-латыни — Jovianus и Julianus) вначале породило слухи о том, что последний выздоровел. Иовиан быстро сумел завоевать настолько большой авторитет, что его признала вся армия. Он был куда выше ростом, чем коротышка Юлиан, так что для него не удалось найти пурпурного плаща нужной длины. Ничего удивительного: ведь тем, кто держал у себя материю, хотя бы отдаленно напоминающую об императорских регалиях, грозили арест и казнь.

Иовиан и армия оказались в трудных условиях. Любой император — в особенности тот, кто не имел прочных связей с утвердившейся на троне династией — должен был поспешить в центральные районы империи, дабы предотвратить появление соперников. К счастью, Шапур согласился вступить в переговоры. Попытка уничтожить римскую армию заняла бы много времени, при этом его лучшие войска понесли бы тяжелые потери. Куда выгоднее было вести переговоры с позиции силы. Ему удалось добиться от римлян значительных уступок. Часть территорий, отобранных у Персии Галерием, возвращались ей. Вместе с ними персы получали города Сингару и Нисибис, которые прежде трижды не смогли взять. Наконец, Иовиан дал согласие не вводить войска в Армению и не оказывать ей поддержки против персов. Офицеры вроде Аммиана считали условия мира унизительными для римлян; наибольшую ярость у них вызвало зрелище персидского флага над Нисибисом. Но с точки зрения Иовиана, вероятно, уступки казались необходимостью. Ситуация, в которой он принял власть, была катастрофической, и он по крайней мере сумел спасти армию и самого себя. Большинство императоров беспокоились прежде всего о собственном выживании.