Когда Константин достиг совершеннолетия, он отстранил мать от власти. Его единоличное правление, начавшееся в 790 г., было крайне неудачным и особенно запомнилось провальной военной кампанией против болгар в 792 г. Постепенно Ирина вернулась к власти и стала править вместе с сыном, пока в 797 г. целый ряд событий, повлекших за собой свержение Константина и расправу над ним, навсегда не лишил его возможности вернуть себе престол. События эти касались личной жизни императора: после скандального развода с первой женой он вступил в повторный брак, вызвав бурное негодование в монастырских кругах. Незаконный с канонической точки зрения развод осудили два влиятельных аббата-аристократа – Феодор Студит и его дядя Платон Студит. Неприглядные попытки Константина заставить их молчать вкупе с утратой его военного авторитета ускорили смену власти. С 797 по 802 г. Ирина правила единолично – впервые в истории Византии императрица занимала трон не как мать или жена, а как полноправная владычица государства без поддержки родственников-мужчин. Несмотря на все усилия, направленные на укрепление своих позиций как внутри империи (ослабление налогового бремени, подарки жителям Константинополя, а также приглашение Феодора возглавить старейший в городе Студийский монастырь), так и за ее пределами (предложение о заключении брака было сделано самому Карлу Великому), императрица оставалась крайне уязвимой. Символический удар был нанесен в Рождество 800 г.: Карл Великий был провозглашен римским императором и коронован самим римским папой Львом III. Византийцы восприняли это как воздаяние должного. Некогда Лев бежал из Рима к Карлу, спасаясь от внутренних распрей; впоследствии Карл помог ему вернуть его права и привилегии. В благодарность Лев ІІІ провозгласил Карла императором и одновременно защитил свои интересы. Коронация была выгодна ему не только как способ заручиться поддержкой со стороны Каролингов, но и на корню пресечь перспективу византийско-франкского союза, который, несомненно, ограничил бы его контроль над Римом и его ресурсами. Франкские источники особо подчеркивают неохоту и удивление Карла в связи с коронацией, но вместе с тем не сбрасывают со счетов тот факт, что раз Римской империей правила женщина, трон вполне можно было считать свободным.
Свержение Ирины в ходе переворота в 802 г. было неслучайным – именно тогда в город прибыли послы Карла для ведения переговоров о брачном проекте. Новый император Византии Никифор I Геник до прихода к власти был логофетом (главным министром финансов). За время его короткого правления (802–811) в империи был проведен ряд масштабных административных реформ, речь о которых пойдет далее. Арабы продолжали свое победное шествие на востоке. Каролинги в Италии становились все сильнее и начали представлять угрозу для византийского господства в Венеции, но благодаря быстрой реакции византийского флота и сопротивлению венецианцев удалось сохранить город в составе Византии.
Однако основной и непосредственной угрозой для империи стали болгары под предводительством нового правителя – хана Крума (813–814). Начиная с 807 г. он преследовал цель расширить владения болгар и одержал ряд побед над византийцами. В 811 г. Никифор возглавил масштабную военную кампанию против Крума. Несмотря на успех, сопутствовавший византийцам в начале похода (столица болгар Плиска была завоевана), кампания завершилась поражением. Никифор с войском попали в засаду, устроенную болгарами, в результате чего сам император и его командование были убиты, а наследник престола Ставракий тяжело ранен. Считается, что Крум обезглавил императора, а из его черепа велел сделать церемониальный кубок. После тяжелого ранения Ставракий остался парализованным и постепенно лишился всякой поддержки. Через несколько месяцев после поражения от болгар сенат и армия провозгласили императором Византии зятя Ставракия, Михаила I Рангаве. Именно в этот критический момент титул Карла Великого, о котором умалчивалось на протяжении целого десятилетия, был официально признан: в Ахене в 812 г. византийские послы объявили его василевсом, и мир вновь обрел двух римских императоров – одного на востоке, другого на западе – явление с V в. невиданное и весьма неловкое. Постепенно государства-соседи на севере и западе стали называть Восточную империю Греческой, а не Римской.