Während seines Pontifikats musste er die Stadt Rom gegen Angriffe aus dem Morgenland verteidigen. 849 errangen die päpstlichen Truppen in der Seeschlacht von Ostia einen entscheidenden Sieg über die Sarazenen. Leo IV. befestigte die Tibermündungen und den westlich des Tibers gelegenen Bereich um St. Peter (Leoninische Mauer).