Han sendte brev med utsendinger der han erklærte seg valgt til pave til keiseren og patriarken Peter av Konstantinopel som ble trukket mot monoteketismen. Keiseren bekreftet den romerdke kirken privilegier og sendte dyrebare manuskripter av evangeliene som gave til Peterskirken. Patriark Peter sendte også et svar der han forsvarte monoteletismen, men fikk det til å se ut som at dette var i samsvar med den nye paves standpunkt. Dialogen mellom Roma og Konstantinopel ble gjenopptatt gjennom et gjensidig forbehold om dette dogmatiske spørsmål, og pave Vitalians navn ble medtatt i den bysantinske kirkens diptyker - han ble dermed den eneste pave hvis navn er nevnt der mellom pave Honorius I (død 638) og det sjette økumeniske konsil 680-681 . Pave Vitalian fikk et tolv dager langt besøk av keiser 663, midt under kampanjen mot langobardene, da keiseren ga gaver til kirken og mottok palliet av paven ved messen. På hjemreisen stanset keiseren på Sicilia; der var han var så brutal mot befolkningen at han ble henrettet i Siracusa i 668.