הופעת הצבא הביזנטי בזירה הייתה סיבה מספקת לנסיגה של המוסלמים מצפון סוריה. הצבא הביזנטי קבע את מפקדתו הראשית באנטיוכיה ואת ריכוז הכוחות העיקרי סמוך לנחל הירמוך ברמת הגולן - נקודה אסטרטגית המגנה על התקשורת בין לבנון, ארץ ישראל ועבר הירדן ומאיימת על נתיבי התנועה של המוסלמים.
מקורות היסטוריים.
המחקר ההיסטורי של קרב הירמוך מסתמך על מקורות היסטוריים בעייתיים. הביזנטים עצמם לא עסקו בקרב ואף לא הודו במפלתם במערכה במשך כמאה שנים. המקורות העיקריים שעליהם ניתן להסתמך במחקר עדכני נכתבו על ידי היסטוריונים מן המאה ה-9 ואילך, מאות שנים לאחר הקרב עצמו. באותה תקופה כבר הפך הקרב, על הנפשות הפועלות בו, למיתוס. גם ההיסטוריונים המאוחרים היו מגויסים למטרה גדולה יותר - העימות בין הנצרות לאסלאם, שהיה עדיין בשיאו הצבאי. היסטוריונים אלו נאלצו להסתמך על מלקטי סיפורים שהדיוק ההיסטורי לא היה נר לרגליהם.
ביזנטים - נוצרים.
אזכור ראשון של הקרב מופיע בכתביו של ההיסטוריון הלטיני פרדגריוס , מסוף המאה ה-7, המתאר באופן סכמתי ומוגזם את מהלך הקרב. הוא מייחס את תוצאות הקרב לזעם ההשגחה עליונה, ומסתמך בתיאורו, ככל הנראה, על עבודתו של הבישוף וההיסטוריון הארמני סבאוס מאמצע המאה השביעית.
המקור הביזנטי העיקרי הוא תאופנס המוודה, שכתב את ספרו המונומנטלי "כרונוגרפיה" (בלטינית: Chronographia) בין השנים 810–815, כמאתיים שנה לאחר קרב הירמוך, ובו הוא סוקר את ההיסטוריה של האימפריה הביזנטית משנת 284 עד לשנת 813 ומתבסס, בין היתר, על כתבים ארמניים. תיאוריו של הקרב לוקים לא רק במרחק ממועד הקרב, אלא גם בתחושת השליחות הנוצרית של תיאופנס והסתמכותו על מיתוסים שהתגבשו לאחר הקרב, ויותר מכל בניסיון לנקות את הקיסר הרקליוס מכל אשמה במפלה.
מוסלמים.
היסטוריונים ערבים תיארו את הקרב מנקודת המבט המוסלמית-ערבית, ואף הם מתעדים את הקרב ממרחק של מאות שנים לאחר התרחשותו. על פי ההיסטוריון שלמה דב גויטיין, המסורות המוסלמיות, המתייחסות לכיבוש ארץ ישראל וירושלים ואשר מוצגות כהיסטוריה, הן בעלות אופי ספרותי ובעלות זיקה לסיפורי עם. גויטיין מבטל לחלוטין את חשיבות הסיפורים האלו ומסביר זאת באומרו שהשינוי ההיסטורי הביא ליצירת אגדות וסיפורים דמיוניים. פרופסור משה שרון ממכון ללימודי אסיה ואפריקה באוניברסיטה העברית בירושלים מעלה במאמר "קרבות ההכרעה בכיבוש סוריה על ידי המוסלמים - רקעם ומקורותיהם מבט אחר" כי באותם מקרים שבהם נפגשו צבאות סדירים ביזנטיים עם הכוח המוסלמי הפולש, היו אלה מפגשים בין כוחות קטנים, שבדברי ההיסטוריונים המוסלמים קיבלו ממדי ענק של עשרות ואפילו מאות אלפי לוחמים. על פי פרופסור שרון הפרטים הנוגעים לכיבושה של סוריה לא תועדו בזמן אמת ונשכחו כליל, לאחר פרק זמן ארוך של לא פחות מ-100 שנים לאחר הכיבוש נכתבו תולדות המלחמה על ידי מספרים של סיפורי עם ומלקטי מסורות מוסלמיים ממקומות שונים. מספרי סיפורים אלו יצרו מארג של סיפורי עם על שלד של עובדות היסטוריות מעורפלות משקל יתר ניתן לתאולוגיה אסלאמית ובעיקר לתמיכת אללה בדת האמיתית, ולקשרים החברתיים והפוליטיים בחברה הערבית והאסלאמית. צד אחר ומניע נוסף ביצירת סיפורי העם הבדויים היה רצונם של בני משפחות האישים המוסלמיים לקבוע לעצמם מקומות מכובדים בתקופה ההרואית של יצירת האימפריה על ידי פרסום והאדרת מעשי גבורה של אבות אבותיהם. ההיסטוריונים המוסלמיים המאוחרים יותר אספו את סיפורי העם במטרה ליצור היסטוריה מוסלמית מסודרת והרואית המתאימה לאימפריה, והכניסו את הפרטים המתאימים אל תוך מסגרת, בה תועדו לכאורה תנועה מסודרת של צבא על פי תוכנית ותיאור של הטקטיקה והאסטרטגיה שיצרו את הבסיס האיתן לקיסרות האסלאם. הוא קובע כך:
כך או כך, ההיסטוריוגרפיה האסלאמית מתבססת על כתביו של ההיסטוריון המוסלמי ממוצא פרסי בן המאה ה-9, אחמד אל-בלאד'רי, שכתב יצירה מונומנטלית בשם "פתוח אלבלדאן" (בערבית: فتوح البلدان, "כיבוש הארצות"), שבו מתוארת התפשטות האסלאם ובניית האימפריה המוסלמית. היסטוריון מוסלמי נוסף מהמאה התשיעית שכתביו מתארים את הכיבוש האסלאמי של הלבנט הוא מוחמד בן ג'ריר א-טברי, שעבודתו "ההיסטוריה של נביאים ומלכים" (تاريخ الرسل والملوك), מתארת את ההיסטוריה מתחילת ימי העולם, על פי הקוראן, ועד שנת 915. היסטוריונים אלו מבססים את עבודתם על ספרים מוקדמים של היסטוריונים מוסלמים בני המאה ה-8 - אל-ואקידי, שספרו, "ספר ההיסטוריה והמלחמה", הוא אוסף של מסורות וסיפורים המתייחסים לימים המוקדמים של האימפריה המוסלמית, ואבן אסחאק, היסטוריון מוסלמי מהמאה השמינית שכתב מסורות הקשורות לנביא מוחמד והח'ליפים הראשונים; כתביו של אסחאק לא שרדו, אך שימשו בסיס לכתבים מאוחרים יותר, בעיקר ספרו של א-טברי.
סינתזה של ההיסטוריוגרפיה האסלאמית נכתבה החל מהמאה ה-11 על ידי היסטוריונים או כותבי העתים, כגון אבן עסאכיר ואבן ח'לדון, שפעל במאה ה-14 וכתב עבודת מחקר בשם "אקדמות למדע ההיסטוריה", המהווה בחינה מקיפה של הגורמים המשפיעים על החברה והתפתחותה, תוך סקירה ובחינה של גורמים אלה לאורך דורות החיים הערביים שקדמו לתקופתו של אבן ח'לדון. חשיבותו של הספר נובעת מהיותו ספר ההיסטוריה הראשון שנכתב על ידי היסטוריון ערבי, שבו נעשה מאמץ לפעול על פי קריטריונים "מדעיים" ולהבדיל עובדות מבדיות.
הצבאות.
הצבא הביזנטי.
הצבא הביזנטי של המאה השישית היה מבוסס על מערך של שכירי חרב שגויסו מכל רחבי האימפריה - מתנדבים ששימשו בעיקר את חיל הרגלים, ובהם פרסים (חלקם שבויי מלחמה לשעבר), בני עמים טורקיים וסלבים שונים, לוחמים משבטים גרמאניים ונוודים מאיטליה. עם זאת, המעמסה הכלכלית, הן על אוצר האימפריה והן על כלכלת הפרובינציות, הביאה להעדפה של יחידות של מיעוטים אתניים - בעיקר ארמנים, אף על פי שנאמנותם הייתה תמיד מוטלת בספק, ושבטים ערביים שמנהיגיהם זכו לכבוד, תארים אימפריאליים ותשלום קבוע עבור נאמנותם. יחידות אלו יצרו את חיל הפרשים והיחידות המיוחדות של הצבא. תופעת לוואי של מגדל בבל הצבאי הביזנטי הייתה מתח דתי ואתני בין יחידות וחיילים.
גודלו של הצבא הביזנטי בקרב הירמוך איננו ידוע במדויק ולאורך השנים היה נתון לספקולציות והגזמות. בעוד המקורות הנוצריים נוטים להערכה מצומצמת יחסית של כ-80,000 חיילים ביזנטים ובנוסף לכך כ-40,000 לוחמים ערבים, נוטים המקורות הערביים להגזמות ומציינים כי הצבא הביזנטי מנה בין 200,000 ל-400,000 חיילים. בספרו "Yarmuk 636 A.D.: The Muslim Conquest of Syria" מציין ההיסטוריון הבריטי דייוויד ניקול כי כל הצבא הביזנטי, על כל יחידותיו הפזורות ברחבי האימפריה, מנה כ-100,000 חיילים לכל היותר - רובם ביחידות חיל מצב לא ניידות ולא זמינות לשמש כחיל משלוח. הקיסר הירקליוס היה יכול לגייס עד 50,000 חיילים לצבא בדרכו לקרב הירמוך, חלק גדול מהם, על פי האסטרטגיה הביזנטית, היו חיילי רגלים שהוצבו כחיל מצב בערים גדולות ומבצרים לאורך הגבולות. ניקול מציין כי בדרך כלל היו הצבאות הביזנטיים בגודל של כ-30,000 חיילים, וכי ככל הנראה עמדו לרשותו של המפקד הביזנטי כ-20,000 חיילים. וכך גם פרופסור קגי, המוסיף ומציין כי המספרים הנקובים במקורות נוצריים ואסלאמיים הם חסרי ערך וללא ביסוס בקביעת גודל הצבאות המתמודדים או אבדותיהם.
פיקוד.
בראש הפירמידה של הצבא הביזנטי עמד הקיסר כסמכות עליונה על הצבא והממשל האזרחי. הרקליוס נהג אף להוביל את צבאותיו בעצמו תוך שהוא רוכב בראשם, וכשמחלתו מנעה ממנו השתתפות פעילה, הוא הותיר בידיו את הניהול האסטרטגי של העימות, ושמר לעצמו את המילה האחרונה באספקט הטקטי של הקרבות. כך נותרו מפקדי הצבא כשחקני משנה התלויים בהחלטות הקיסר, חסרי חופש פעולה ונמנעים מיוזמה.
הרקליוס, למרות היותו בעל מוניטין כמצביא, היה הססן ונרתע מהאצלת סמכויות. עד לקרב הירמוך הוביל תיאודור , אחיו של הקיסר, את הצבא. כישלונותיו לעצור את השטף האסלאמי ויריבותו עם הקיסרית הובילו להדחתו ומינוי "ועדה פיקודית". בראש הפירמידה עמד אציל ביזנטי בשם תיאודור טריתוריוס. מעט מאוד ידוע על אציל זה, שנשא את התואר שר האוצר והיה ככל הנראה סריס. תפקידו היה אדמיניסטרטיבי בעיקר. את הצבא הוביל והנהיג בשדה הקרב אציל ממוצא ארמני בשם והאן שלא ידוע דבר על עברו. קצין ביזנטי נוסף היה בין המפקדים - ניקיטאס, אציל ממוצא פרסי שחלקו בקרב לא ברור, אך מקורות שונים מציינים כי נאמנותו לאימפריה הביזנטית הייתה על פני השטח בלבד ולאחר הקרב ניסה לערוק לצד המוסלמים.
מפקד נוסף בצבא הביזנטי היה גאבלה בן היאם, מפקד הכוחות הערביים-נוצריים משבט ע'סאן, שלאורך כל המערכה מול הפרסים הסאסניים נלחם שכם אל שכם עם הקיסר הרקליוס.
טקטיקה וחימוש.