于后不久便被其父君士坦丁五世任命为共治皇帝。769年，他同雅典的伊琳娜结婚。775年，其父去世，利奥四世镇压了其几个同父异母兄弟的反抗，成为真正的皇帝。778年，他曾遣军重创阿拔斯帝国的入侵，使其在他有生之年无法在来犯。780年，利奥四世在准备攻打保加利亚时去世，临终前任命其妻伊琳娜为其子君士坦丁六世的唯一监护人。