Au moment où l'on pouvait penser que l'Empire avait surmonté les pires épreuves, il dut faire face à une menace inattendue : l'invasion des Arabes unis sous la bannière de l'islam. En l'espace de quelques années, il fut dépouillé de ses provinces les plus riches. La vague musulmane vint pourtant elle aussi se briser au pied des murailles de Constantinople. En 673, la flotte du calife ommeyade attaqua la ville mais dut se replier devant la résistance byzantine après un siège de cinq années. La flotte byzantine, très organisée et héritière des tactiques navales antiques, était fort renommée à cette époque : les Byzantins sont considérés comme les inventeurs du feu grégeois (mélange de poix et de poudre inflammable que l'on projetait sur les navires ennemis). Sous le règne de l'empereur Léon III l'Isaurien (r. 717 – 741), les Arabes firent une dernière tentative pour s'emparer de la capitale byzantine. Le siège de Constantinople dura un an ( – ). Malgré les moyens mis en œuvre, ce fut un cuisant échec : l'armée des assiégeants fut décimée par la peste et la famine, tandis que le feu grégeois causait des ravages dans leur flotte de navires. Leur retraite finale marqua la limite de l'expansion arabe dans cette région.