歴史の進展次第ではこの体制はもっと長く続いた可能性もあったが、ネポス帝は建前上の皇帝に甘んじる事を潔しとしなかった。自身から実権を取り戻すための準備を進めた事を知ったオドアケルはネポスを危険視し、最終的にゼノンと敵対する可能性を抱えてでもネポス帝を殺害する決意を固めたと考えられている。また、かつて追放されたグリケリウスも密かに復讐の機会を伺っていたとされる。480年、ネポス帝は自らを警護する護衛兵の手によって暗殺された。詳しい時期については諸説があり、暗殺日については4月25日説・5月9日説・6月22日説の三つが挙げられている。ダルマティアのサロナ市にある宮殿に滞在している際、兵士によって刺殺されたという。この宮殿はディオクレティアヌス帝が建設した離宮と同じ建物であったかも知れない。実行者についてコムスはネポス軍の将軍オヴィダが裏切ったのではないかと記している。別の歴史家マルチュスはグリケリウスが加担していた可能性を指摘している。グリケリウスはネポス帝の臣下として暗殺時に宮殿の近郊に滞在していた。事実はともかくオヴィダはダルマティア総督としてオドアケルに承認されたが、後にネポス殺害を大義名分とするオドアケル軍に攻め滅ぼされた。オヴィダは殺害され、12月9日にダルマティアはオドアケル領に併合された。一方、グリケリウスはミラノ司教としてオドアケルの重臣に転じており、これが一層に彼の関与を疑わせる要因になっている。
ネポス帝にとって命取りとなったのが、新たな軍務長官にフラウィウス・オレステスを指名した事であった。フン族の王アッティラの重臣であったというオレステスは軍務長官に抜擢されると、475年8月28日に軍を率いて反乱を起こした。不意を突かれたネポス帝はラヴェンナを攻め落とされたが、辛うじて伯父の領地であったダルマティア地方へ海路を使って脱出した。オレステスは自らがローマ人の女性に産ませた混血児ロムルス・アウグストゥルスが新たな皇帝になると宣言した。「小さな皇帝」を意味する名を持った12歳の少年は父オレステスの傀儡でしかなかった。事態を知った東方皇帝ゼノンはロムルス・アウグストゥルスをローマ法に基かない僭称帝であると弾劾して、その即位を承認しなかった。従ってネポス帝は依然として正当性を持つ皇帝としての身分を保ち、また伯父マルケリヌスと同じくダルマティアに強固な軍閥政権を確立した。やがてオレステスと仲違いしたヘルール族の族長オドアケルがオレステスを殺害して、その息子ロムルス・アウグストゥルス帝を退位させる事件が起きる。476年、オドアケルは西方帝国の元老院を通じてゼノンに西方帝位を返却し、その上で皇帝への忠誠と引き換えに自身の身分保障を求めた。ゼノンは概ねオドアケルの要求を認めて彼にドゥクスの称号を与え、イタリア本土の実効支配を委ねた。ただしネポス帝が新たな西方皇帝であり、オドアケルが忠誠を誓うべき君主は二人であると厳命した。オドアケルは忠誠の証として自らの支配権で新たに発行した金貨にネポス帝の名と肖像を刻印した。しかしその身分はあくまでも形式的でしかなく、ネポス帝はダルマティア支配に専念する事になった。
皇帝として、ネポス帝は西方領土の残る領域（イタリア本土、ダルマティアを含むイリュリア、ガリア地方における幾つかの領土）を統合しようと試みた。ネポス帝は南ガリアからイベリアを占領している西ゴート王国と交渉を行い、西ゴート王エウリックと和平条約を締結する事に成功した。協定で帝国が維持する事が困難であった幾つかの都市を平和的に譲る代わりに、ガリア南東のプロヴァンス地方に強固な支配権を回復させた。同様にサルディニアやコルシカ、アフリカを中心に地中海の制海権を脅かしていたヴァンダル王国のガイセリック王とも交渉を行ったが、こちらは不首尾に終っている。ネポス帝即位前にレオ1世と不戦条約を結んでいたガイセリックは譲歩に応じなかった。国内的には元老院との対立が悩みの種であった。ネポス帝の帝位はそれまでのテオドシウス朝断絶後の君主の中でも最も正当な背景を持っていたが、それでも元老院からは支持を得られなかった。一番の要因は正当性の背景でもある義伯父レオ1世の存在で、西方領土の自主性を脅かされたと感じた元老院はネポス帝即位に悪感情を抱いていた。
1781年、天文学者ウィリアム・ハーシェルはおうし座の方角に彼が「彗星」と名付けた天体を観測している時、空に見つけにくい視差を発見した。高拡大率で見ても単なる光の点である恒星とは異なり、拡大率に応じてこの天体の大きさは拡大した。古代以来、地球以外の5つの惑星が宇宙であるという人類の共通認識があったため、ハーシェルはこの奇妙な天体が惑星であるという単純な考えには至らなかった。小惑星はまだ発見されておらず、彗星は望遠鏡で見える唯一の動く天体だった。しかし、彗星とも異なり、この天体の軌道はほぼ円で、黄道面上にあった。ハーシェルが彼の「彗星」の発見について公表する前、同僚のイギリス人で王室天文官のネヴィル・マスケリンは、「私はそれを何と呼ぶか知らないが、太陽の周りを非常に扁平な軌道で公転する彗星よりもほぼ円の軌道で公転する通常の惑星の方により近いと考える。また、彗星に見られるはずのコマや尾もまだ観測されていない」と手紙を送った。さらにその「彗星」は、単なる彗星なら自重で崩壊してしまうほどの遠くにあった。最終的に、この天体は7つめの惑星であると認識され、サターン（土星）の父の名前にちなんでウラヌス（天王星）の名前が付けられた。天王星の軌道の不規則性に与える重力の影響により、1846年に海王星が発見され、また海王星の軌道の不規則性により、1930年に最終的に冥王星が発見された。当初は地球程度の質量であると見積もられていたが、観測の進展によりその大きさはどんどん小さくなって、当初の5%程度の大きさと、海王星の軌道に全く影響を及ぼさない程度になってしまった。1989年のボイジャー2号の観測により、この軌道の乱れは海王星の質量を過大に推定したことによるということが明らかとなった。