Между тем Артавазд овладел столицей. Магистр Феофан провозгласил его императором, а византийцев уверил, что Константин умер. Артавазд послал за своим сыном Никифором, бывшим тогда стратигом во Фракии, и поставил его для охраны Константинополя. Сам он, едва вступив в город, восстановил почитание икон (запрещённое при Льве III) и стал готовиться к отражению нападения. Весной следующего года, собираясь в поход, он назначил младшего сына Никиту стратигом войска Армениаков, а старшего, Никифора, венчал на царство. Константин провёл зиму в Амории, собирая и стягивая из азиатских фем верные ему войска. В мае 743 года он встретился с узурпатором у Сард, вступил с ним в бой и полностью обратил в бегство. Подчинённые ему войска он привёл в покорность, а всё их снаряжение присвоил себе. Артавазд бежал в Кизик, а оттуда переправился в Константинополь. Константин не преследовал его, а обратился против Никиты, взял штурмом Модрину, укреплённое место, в котором он укрылся со своим войском, многих перебил, а самого Никиту обратил в бегство. Только после этого он переправился во фракийские области и подошёл к стенам Константинополя. Из-за того что прекратился подвоз продовольствия, в столице начался сильный голод. Многие византийцы погибли, другие были вынуждены выбрасываться наружу через стены. Кто мог, убегал, подкупив с помощью даров городскую стражу. Константин благосклонно принимал всех беглецов и окружал их всяческой заботой. Положение осаждённых становилось день ото дня всё хуже. Никита ещё раз попытался помочь отцу: собрав новое войско, он подступил к азиатскому берегу Босфора и взял Хрисополь. Константин обратился против него, разгромил во второй раз, преследовал до Никомидии и захватил в плен. Наконец 2 ноября в сумерки, приступив к воротам столицы с сухопутной стороны, Константин внезапно овладел городом. Артавазд с сыновьями бежал в Вифинию в Пузанскую крепость, но вскоре был захвачен. Император велел с позором влачить их связанных во время конских состязаний, а потом ослепить.
В следующие годы Константин начал упорную войну с арабами. В 745 году он отобрал у них Северную Сирию, в 746 году разгромил арабский флот у берегов Крита. В начале 750-х годов военные действия перекинулись уже в Месопотамию и Южную Армению. Император захватил и разрушил старые римские города Феодосиополь, Малатию, Самосату, а жителей их переселил вглубь империи на пустующие земли. Так он расселил множество сирийцев и армян во Фракии, построил для них города, щедро одарил и всегда приходил на помощь, когда она требовалась. Болгары, увидев построение этих городов, потребовали от Константина уплаты денег. Однако, так как дань не была уплачена, они в 754 году двинулись войной на Фракию и дошли до Длинных стен Константинополя. Император, бросившись в бой, отважным ударом обратил их в бегство, упорно преследовал и многих перебил. Затем, собрав многочисленные силы, он повёл с болгарами упорную борьбу на суше и на воде. С 500 кораблями Константин вошёл в Дунай, выжег болгарские земли и захватил множество пленных. У крепости Маркелл он имел ещё одну битву, вновь обратил врагов в бегство и нанёс им большой урон. Вследствие всех этих поражений болгары ослабели и прислали послов для переговоров о мире. Девять лет спустя началась новая большая война. Болгары убили своих правителей и поставили вождём хана Телеца, мужа, по словам Никифора, спесивого и выказывавшего юношескую дерзость. Собрав и вооружив боеспособных воинов, он в 763 году храбро напал на ближайшие римские города и крепости. Константин, увидев его отвагу и безбоязненность, послал через море к Дунаю флот из 800 судов, заполненный конным войском. Сам он повёл другое войско к городу Анхиалу и под его стенами нанёс поражение Телецу и его армии, многих перебил, других взял в плен и велел казнить в Константинополе. Устрашённые болгары убили Телеца и стали просить у императора мира. Константин подступил к Балканам и тут для вида примирился с ними. Однако когда враги, усыплённые этим, сняли охрану с горных проходов, он внезапно разорвал мир и вторгся в пределы их страны. В результате этого нашествия вся Болгария была сожжена и разграблена византийцами, так что многие селения оказались совершенно истреблёнными. В следующие годы опустошительные походы неоднократно повторялись.