Весной 531 г. войско персов под командованием полководца Азарета при поддержке вождя арабского племени Лахмидов ал-Мундира ибн ан-Нумана вновь вторглось на византийскую территорию. Путь продвижения персидской армии на этот раз отличался от традиционного: она двигалась не через Месопотамию, как это обычно бывало, а через Евфратисию (ранее называвшуюся Коммагеной). Целью вторжения был захват Антиохии и всей Сирии. Для византийского военного командования это было полной неожиданностью, и Велисарий некоторое время находился в растерянности, не зная, как лучше поступить в создавшейся ситуации. Главная проблема заключалась в том, что на пути продвижения персидско-арабского войска практически отсутствовали какие-либо значительные византийские гарнизоны, и для отражения нападения стратигу необходимо было направить свои основные силы наперерез Азарету, обнажив тем самым границу в Месопотамии. В этом заключался определенный риск, поскольку у Велисария не было уверенности в том, что акция Азарета не является отвлекающим маневром, имеющим своей целью ослабить внимание византийцев к границе по Евфрату. В конце концов, Велисарий все же принял решение оставить в Месопотамии небольшую часть армии для охраны пограничных укреплений в случае неожиданного вторжения персов, а основные силы отправить в Евфратисию наперерез вражескому войску.
Азарет и ал-Мундир были настигнуты Велисарием близ Халкиды. Персы, поняв, что фактор внезапности ими уже утрачен, решили, находясь вдали от своей территории перед лицом многочисленной византийской армии, не рисковать и начали отступление по правому берегу Евфрата. Войско Велисария шло вслед за противником не вступая в сражение — полководец рассчитывал ограничиться вытеснением персов за пределы имперских владений. Однако в войске мало-помалу росло недовольство трусливой, как казалось солдатам, тактикой командующего. Воины уже считали себя чуть ли не победителями и сетовали на то, что Велисарий по сути дела отбирает у них добычу и славу. Под давлением солдатской массы стратиг был вынужден отказаться от своих первоначальных планов и дать персам бой.
Сражение произошло на правом берегу Евфрата, напротив Каллиника. Исход битвы показал правильность осторожной тактики Велисария: византийцам был нанесен серьезный урон, они были прижаты к реке, и лишь наступление темноты спасло византийскую армию от полного истребления. Под покровом ночи остатки войска Велисария на судах, присланных из Каллиника, переправились на левый берег Евфрата и укрылись в городе. Персы же, захватив большую добычу, спокойно вернулись домой.
После нанесенного его войскам поражения Юстиниан попытался заключить с Кавадом мирный договор, однако царь ответил императору отказом и подкрепил свой ответ отправкой в Месопотамию нового войска, осадившего город Мартирополь. Стоявшие неподалеку византийцы под руководством Ситы, назначенного командующим восточной армией вместо отозванного из-за недавнего поражения под Каллиником Велисария, не решались нанести удар по осаждавшим Мартирополь персам.
Положение было крайне сложным; выполнявший функции командующего Сита явно не отличался решительностью и умением верно оценить создавшуюся обстановку, в то же время менять в столь острой ситуации командующего было тоже рискованно. Сменить Ситу в принципе мог Велисарий, но по указанным причинам в тот момент это было невозможно.
И здесь на помощь военной стратегии пришла дипломатия. Византийская разведка донесла, что кавказские кочевники («гунны», как отмечается в источниках; по всей видимости, соплеменники Стиракса и Глониса) планируют вступить на территорию Персии и, пройдя через персидские владения, вторгнуться в византийскую Месопотамию для совместных с персами действий против империи; персы же, судя по всему (а как покажет дальнейшее развитие событий, так оно и было), об этом ничего не знали. Было решено под видом перебежчиков отправить в персидский лагерь под Мартирополь лазутчиков с целью дезинформировать персов, а именно — сообщить им о том, что гунны якобы собираются напасть на пограничные персидские территории и подвергнуть их разорению.
Кроме того, произошли важные события и в самой Персии, значительно облегчившие положение византийцев. Еще в сентябре 531 г. здесь скончался шаханшах Кавад, и на престол, согласно его завещанию, вступил его сын Хосров (531–579), первое время вынужденный бороться с противниками своего воцарения в лице ряда знатных персидских родов и их сторонников.
В итоге опасение мнимого вторжения кочевников и начало внутренних смут в Персидском государстве заставили персидскую армию снять осаду с Мартирополя и вернуться домой. Вторгшиеся же на территорию Византии «гунны», не застав здесь персидского войска, вскоре были вынуждены оставить владения империи, не причинив им практически никакого урона.