Mens han ennå var i Palestina, informerte Gregor som valgt pave den bysantinske keiseren Mikael VIII Palaiologos (1259–82) om sin lengsel etter kirkeunion. I virkeligheten ønsket begge den like mye; Gregor fordi det ville hjelpe korstoget, Mikael fordi han så på union som et middel for å stanse de ambisiøse planene som Karl av Sicilia la for gjenerobring av Konstantinopel for vesten, og han var villig til store innrømmelser.