Il régna d'abord sur la Bretagne et la Gaule, en souverain légitime subordonné à Sévère. Après une période de luttes pour le pouvoir (l'Empire comptait sept empereurs en 310), Constantin s'allia avec Licinius, l'un des empereurs d'Orient, descendit en Italie et vainquit Maxence au pont Milvius, sous les murs de Rome (312). En 313, Licinius et Constantin proclamaient l'édit de Milan, ensemble de décisions garantissant à tous la liberté de culte (chrétiens compris) et ordonnant la restitution aux chrétiens des biens ecclésiastiques confisqués. Mais les deux empereurs survivants se brouillèrent. En 324, Constantin vainquit Licinius, qui régnait sur l'Orient, rétablissant ainsi l'unité impériale.
L'œuvre religieuse de Constantin est capitale, puisqu'elle aboutit à l'établissement d'un Empire chrétien. La tradition veut que Constantin ait été illuminé d'une vision à la veille de la bataille du pont Milvius et se soit converti brutalement au christianisme. En fait, Constantin eut d'abord une religion solaire, à tendance monothéiste, celle du Soleil (Sol Invictus). Il se considérait comme l'inspiré d'un Dieu unique, mais mal défini, et il est demeuré grand pontife (la plus haute fonction religieuse romaine). Il ne fut baptisé dans la foi arienne que sur son lit de mort (337). Mais il est resté l'empereur qui a rendu possible le triomphe du christianisme dans l'Empire en accordant des privilèges judiciaires et fiscaux aux chrétiens, en apportant des entraves au paganisme (fermeture des temples, interdiction des sacrifices) et en intervenant dans le conflit opposant ariens et orthodoxes (convocation du concile de Nicée en 325).
L'Empire prit définitivement la forme d'une monarchie absolue de droit divin. Désormais, le sénat romain n'était plus qu'un conseil municipal, doublé par celui de Constantinople. La société, toujours plus hiérarchisée, rivait davantage les hommes à leur condition et à leur charge : en 332, une loi attachait les colons à la glèbe, tandis que les fonctions de soldat et de responsables municipaux (curiales) devenaient héréditaires. La fiscalité s'alourdit encore. Une nouvelle monnaie fut frappée, le sou (solidus), monnaie d'or qui succédait à l'aureus dévalué. L'armée fut réorganisée en armée des frontières et armée d'intervention, placée en réserve. Pour mieux contrôler les frontières avec les Perses et les peuples danubiens, Constantin fonda Constantinople (324-336), destinée à rivaliser avec Rome, la capitale de l'Occident, mais non à la supplanter. Ce sera pourtant le point de départ de l'Empire byzantin.
