יוליאנוס הגיע לווינה בשנת 356 מלווה בפמליה קטנה של ארבעה משרתים, רופאו האישי ומשמר של 360 חיילים, ומיד החל במערכה כנגד הפושטים הגרמאניים. ב-24 ביוני הוא הגיע לערים אוטן ואוסר שם הוא פגש את עיקר הצבא הרומאי בגאליה תחת פיקודם של המגיסטר אקוויטום מרסלוס ואורסיקינוס, אנשי אמונו של קונסטנטיוס ומפקדי הצבא בפועל. הצבא הרומאי יצא לכיוון צפון, הכה צבא "ברברים" וכבש את ברימאט. תוך ניצול ההצלחה כבשו הרומאים את קלן מידי הפרנקים, וחזרו לתקופת החורף למחנות קבע בתוך גאליה. בזמן שיחידות הצבא היו פזורות כחילות מצב בערים השונות בפרובינקיה, חנה יוליאנוס עם כוח מצומצם בעיר סנון (ליד וורדן). גדודי פשיטה גרמאניים ניצלו את ההפסקה בקרבות והטילו מצור על סנון ועל יוליאנוס, מבלי שמפקדי הצבא הרומאי יבואו לעזרתו. המצור הוסר משנסוגו הגרמאנים מהעיר לאחר חודש של קרבות. בעקבות זאת, ובפקודת קונסטנטיוס, נקראו מרסלוס ואורסיקינוס למילאנו וקצין חדש, סוורוס (Severus) נשלח לפקד על הצבא בגאליה. אפיזודה זו מצביעה על המתח התמידי בין קציני הצבא, שנשמעו בראש ובראשונה לפקודות קונסטנטיוס, לבין יוליאנוס, שראה עצמו כשליח המלכות ושליט בזכות עצמו. מפקדי הצבא קיבלו הוראות מפורשות להצר את צעדיו ועצמאותו של יוליאנוס וראו בגישתו של יוליאנוס חתירה תחת סמכותם, בעוד יוליאנוס ראה בהם כמי שמציבים מכשול בדרכו.
קרב שטרסבורג.
שנה לאחר מכן תכנן קונסטנטיוס מהלך שכלל התקפה דו ראשית על השבטים האלמאנים, שהיו קונפדרציה של שבטים גרמאניים סואבים אשר גרו באזור נהר הריין העליון. בעוד כוחות מגאליה תקפו את האלמאנים מהמערב, לגיונות מצפון איטליה תקפו אותם בתנועת מלקחיים דרך הרי האלפים. עיקר הכוח של לגיונות גאליה, כ-25,000 בפיקודו של מפקד חיל הרגלים המגיסטר פדיטום ברבטיו, נכשל במשימתו מול האלמאנים, ספג אבדות של ממש ונסוג בבהלה וחוסר סדר - תוך אובדן חלק גדול מהאספקה - אל מחנות חורף הרחוקים מזירת הקרבות. אירוע זה, שנגרם בעיקר מכשל בשיתוף פעולה בין הקצין לכוחות תחת פיקודו של יוליאנוס, הפחית משמעותית את סדר הכוחות בגאליה ולפקודתו עמדו רק כ-13,000 חיילים.
ברית השבטים האלמאניים שטעמו את טעם הניצחון, איבדו את הפחד מהצבא הרומאי והאמינו כי היתרון המספרי המשמעותי שעמד לצידם עם צבא של כ-35,000 חיילים יאפשר להם להכות את צבאו של יוליאנוס ולכבוש את גאליה. יוליאנוס ניצב בעמדת נחיתות אך החליט, ככל הנראה בעצת קציני צבאו, להיכנס לקרב מכריע מול האלמאנים. תיאור הקרב על ידי היסטוריונים רומאיים לוקה בערפול העובדות והאדרת חלקו של יוליאנוס באירועי הקרב, על חשבון הקצינים הרומאיים. מחקרים מודרניים מטילים ספק האם הצבא האלמאני אכן נהנה מיתרון גדול כל-כך בכוח אדם, ועל פי חלק מההערכות בעת הקרב היו הצבאות בגודל דומה.
הקרב נערך בקרבת העיר שטרסבורג (ארגנטורטום). הצבא הרומאי הגיע לקרבת המחנה האלמאני לאחר צעדה ארוכה ונתקל באלמאנים שהמתינו במבנה קרבי שהותאם לתנאי השטח ולתורת הלחימה הרומאית. האגף הימני הורכב מיחידות פרשים והסתתר ביער סמוך על מנת להנחית מכת פתע על הרומאים; באגף השמאלי עמדו יחידות פרשים נוספות וביניהם חיל רגלים נסתר שתפקידו היה להפיל את הפרשים הכבדים הרומאיים מסוסיהם ולאפשר לפרשים האלמניים להרוג אותם על הקרקע. במרכז המחנה האלמאני עמדו יחידות רגלים של 6 ראשי שבטים אלמאניים. יוליאנוס סידר את חיל הרגלים שפיקודו במרכז בשתי שורות: בצד ימין עמדו יחידות הפרשים הכבדים, ובצד שמאל יחידות פרשים תחת פיקודו של סוורוס. הקרב החל בהתקפה של הפרשים הכבדים הרומאיים על הפרשים האלמניים. ההתקפה נהדפה, והפרשים הרומאיים ברחו משדה הקרב. הפרשים תחת פיקודו של סוורוס הבחינו ביחידות המסתתרות במארב של האגף הימני האלמאני, והצליחו לפזר ולהבריח אותן משדה הקרב. בשלב זה החלו חיילי הרגלים הגרמאניים לתקוף בגלים את המרכז של הצבא הרומאי. בעת הקרב ירדו המנהיגים האלמאניים מסוסיהם והצטרפו ללחימה, ובכך איבדו את השליטה על האירועים ואת יכולתם להגיב על מהלך הקרב. הדיפת התקפת הרגלים האלמניים שינתה את המומנטום של הקרב, והם החלו בנסיגה שהפכה למנוסה כאשר הרומאים בעקבותיהם, עד שיוליאנוס עצר את הלגיונות על קו נהר הריין.
ניצחונו של יוליאנוס היה מושלם: מנהיג האלמאנים נתפס והועבר כפרס לקונסטנטיוס, ושליטת האימפריה הרומית בגאליה הייתה מלאה. הניצחון היה הצלחה אישית של יוליאנוס, שהצליח בניסיון צבאי מוגבל ולאחר שנה של קרבות להביא את הברבריים לכניעה ואת השלום לגאליה. הצלחה פומבית זאת, שיוחסה רק ליוליאנוס, התעלמה ממעמדו הבכיר של קונסטנטיוס כמפקד העליון של האימפריה ושל המערכה, ולוותה בהכרזה על יוליאנוס כאוגוסטוס על ידי הלגיונות המנצחים (הכרזה שנדחתה מיידית על ידי יוליאנוס), והייתה לצנינים בעיני קונסטנטיוס.
הכתרה לאוגוסטוס.
מלבד הקצינים הבכירים, שמונו על ידי קונסטנטינוס להשגיח על הקיסר בשדה הקרב, המינוי העיקרי ונציגו הבכיר של האוגוסטוס היה הפרפקט הפרטוריאני פלורינטיוס. על פי השקפתו של יוליאנוס, המכשולים שהציב הפקיד בפניו נבעו מנקמנות ושרירות לב, בעוד שפלורינטיוס ראה את פעולות הקיסר הצעיר שתחת חסות האוגוסטוס כהתערבות בתחומים בהם אין לו סמכות. העימות העיקרי נבע מדרישת קונסטנטיוס להעלות ולגבות מיסים מתושבי הפרובינקיה, והניסיון של פלורינטיוס לבצע זאת. יוליאנוס פנה ישירות לקונסטנטיוס והצליח להוריד את סכומי המיסים.
יוליאנוס לא נח על זרי הדפנה לאחר הניצחון בשטרסבורג, ובשנתיים לאחר מכן, 358 ו-359, יזם שתי מערכות נוספות מעבר לגדה הצפונית של נהר הריין. כפרים של האלמאניים נחרבו והיבול נלקח שלל, שבויים רומאיים שוחררו ומבצרי הגבול לאורך הריין נבנו מחדש מחומרי בניה שסופקו על ידי המלכים האלמאניים שהובסו. בתום שנת 359 כבשו הרומאים שטחים נרחבים מידי הגרמאניים עד לקצה גבול האימפריה הרומית בשיא התפשטותה. הישגים אלו החזירו את השקט והשגשוג לגאליה, ויוליאנוס זכה להערצת חייליו ואזרחי הפרובינקיה. סביבו התקבצו הוגי דעות ואנשי דת פגאניים שבסתר שאפו לקדם את יוליאנוס ואת השקפת עולמם המשותפת. הצלחתו של יוליאנוס וההערצה שלה זכה לא נעלמו מעיני קונסטנטינוס, שבפומבי תמך בשליט הזוטר הכפוף לו, ובמקביל היצר את צעדיו ככל הניתן על ידי הטלת הגבלות על תקציבו ובעיקר על התשלומים ללגיונות. כוחות סמויים לכאורה בתוך הפרובינקיה עלו לפני השטח עם בואו לגאליה של שליחו של קונסטנטיוס, שנשא פקודה מהאוגוסטוס על כך שמספר לגיונות, חלק משמעותי מהכוח הלוחם של הפרובינקיה, קיבל הוראה לנוע לכוון המזרח ולחבור עם צבאו של קונסטנטיוס.
עזיבת צבא האימפריה אל המזרח הביאה להכרזתו של יוליאנוס כאוגוסטוס, לכאורה על ידי הלגיונות של חיל המצב ולא מתוך יוזמה של יוליאנוס, אך הלכה למעשה האימפריה חזרה למאבק בין השליטים בפועל. הניסיון של יוליאנוס לתפוס את השלטון ובעיקר להדיח את קונסטנטינוס השני מכסאו לא יכול היה להיות הפתעה. ליוליאנוס היו כל הסיבות לנטור לקונסטנטיוס על רצח הוריו וקרובי משפחתו, ולחשוש לגורלו לאור העובדה כי קונסטנטיוס נקט בצעד זהה של גריעת כוחות ממצבת הפרובינקיה זמן קצר לפני הדחתו של גאלוס ממשרתו כקיסר במזרח. הופעתו של שליח הקיסר הייתה תזכורת כואבת לא רק לאירועי העבר אלא למעמדו של יוליאנוס ככפוף לחסדו של קונסטנטיוס. הפקודות על תנועת הכוחות הופנו מעל ראשו של יוליאנוס למפקדי הצבא מטעם קונסטנטינוס שהחלו לבצע את הפקודות למרות מחאותיו של יוליאנוס.
מרד מגננטיוס הותיר סימן שאלה תמידי על נאמנות הלגיונות בגאליה ועל נכונותו של קונסטניוס להכיל את הבגידה של גאליה. יחידות צבא שהועברו מהמערב לשרת במזרח קיבלו את המעבר כעונש על תמיכתם במגננטיוס, וכשלגיונות מצבא המערב הושמדו בעת המצור הפרסי על המבצר אמידה, סירבו שאר הלגיונות לצאת מזרחה. למרות היותם חיילים מקצועיים הם ראו את הנאמנות שלהם קשורה למקום מגוריהם ומולדתם. יוליאנוס השתמש ברגשות אלו ובמרץ 360 הרשה למפקדי הצבא שהיו לכאורה בדרכם למזרח להכריז עליו כאוגוסטוס. תיאור האירועים מצייר את יוליאנוס כניצב העומד מול עובדות מוגמרות, אך יש מחקרים המעלים את ההשערה כי הוא ניצל את השעה ואת הלך הרוח בצבא על מנת לנער מעליו את עולו של קונסטנטיוס ולתפוס את השלטון, לפחות בחלק המערבי של האימפריה.
קונסטנטיוס נכשל בהדיפת הצבא הסאסאני ונאלץ להשלים עם כיבוש חלק מערי השדה וביצורי הגבול במסופוטמיה. מאידך גיסא, המאבק גבה קרבנות ניכרים מהסאסאנים, שנמנעו מלנצל את הקיפאון בשדה הקרב לטובתם. קונסטנטיוס החליט כי משנתגבש הגבול במזרח הוא פנוי לטפל בהתקוממות של יוליאנוס במערב. בשנת 361 החל במסע לכוון גאליה במטרה לחזור והשיב את השלטון באימפריה לידיו. ב-3 בנובמבר 361 בסמוך לעיר אדנה נפטר קונסטנטיוס, ככל הנראה מתשישות. בטרם החזיר את נשמתו לבורא הוא נקב בשם יוליאנוס כיורשו.
שליט יחיד של האימפריה.
ביום 11 בדצמבר 361 נכנס יוליאנוס בשערי קונסטנטינופול כשליט האימפריה הרומית. הצעד הראשון שלו בפומבי היה קבורתו של קונסטנטיוס השני בהלוויה מלכותית ונוצרית. הוא ליווה את גופת הקיסר המת למקום קבורתו בכנסיית השליחים הקדושים בקונסטנטינופול, שם נטמן לצד אביו, קונסטנטינוס הגדול. טקס זה שימש גם כציון ציבורי של מעבר השלטון באופן חוקי חלק ומלא בין השליטים.
רפורמה של השלטון.