Трудно сказать, как долго Константин довольствовался бы управлением этим довольно отдаленным уголком империи. В апреле 311 года Галерий, верховный август, умер близ города Сирмий на реке Сава. После его смерти три человека должны были разделить между собой верховную власть: Лициний, один из давних собутыльников покойного императора, который теперь правил Иллирией, Фракией и Дунайскими провинциями; его племянник Максимин Даза, которого он назначил цезарем в 305 году и который получил власть над восточной частью империи; и сам Константин. Однако существовал четвертый человек, который формально не обладал императорским рангом, но давно считал себя несправедливо лишенным законного трона, – зять Галерия Максенций. Будучи сыном императора Максимиана, Максенций давно ненавидел блестящего молодого мужа своей сестры. Теперь он стал таким же сильным, как любой из трех его соперников, – настолько сильным, чтобы воспользоваться смертью отца как предлогом и заклеймить Константина убийцей и мятежником. Война, очевидно, была неизбежна, однако прежде, чем выступить против врага, Константину нужно было договориться с Лицинием. На его счастье, Лициний, полностью занятый Максимином Дазой на востоке, был только рад предоставить Константину завоевывать Италию от своего имени. Это соглашение скрепила еще одна помолвка – на этот раз между Лицинием и Констанцией, сводной сестрой Константина.
На всем протяжении длительного наступления Константина Максенций оставался в Риме. Лишь когда войско его зятя подошло к городу, он выступил ему навстречу. Две армии встретились 28 октября 312 года при Сакса-Рубра – «красных скалах» на Фламиниевой дороге примерно в 7–8 милях (11,2–12,8 км) к северо-востоку от Рима. Именно там, согласно легенде, перед самой битвой или даже во время боя Константину было его знаменитое видение. Вот как описывает его греческий историк Евсевий Кесарийский:
Чудеснейший знак был подан ему с небес… Он сказал, что около полудня, когда солнце стало клониться к западу, он своими глазами увидел в небе, выше солнца, символ успеха в виде светящегося креста, на котором было начертано «Сим победишь» (In Hoc Signe Vinces). Видение потрясло и его самого, и всю армию.
Вдохновившись столь очевидным знаком божественного расположения, Константин начал наступление на армию Максенция, заставив ее двигаться на юг, к Мульвиеву мосту через Тибр. Рядом с этим мостом Максенций построил второй, понтонный, по которому при необходимости можно было организованно отступить и который можно было разрушить посередине, чтобы остановить преследователей. На этот мост теперь в панике и бросилась его разбитая армия, солдаты которой бежали со всех ног. Они могли бы спастись, если бы инженеры не потеряли голову и не вынули крепления моста слишком рано. Мост рухнул, и сотни людей оказались в реке с быстрым течением. Те, кто еще не успел переправиться, без оглядки бросились к старому каменному мосту, который оставался их единственным шансом на спасение, однако, как было известно Максенцию, мост был слишком узким. Многие погибли в давке, некоторые падали и гибли под ногами, прочих свои же товарищи бросали с моста в реку. В числе последних оказался и сам узурпатор, чье тело позже обнаружили выброшенным на берег.
Битва у Мульвиева моста сделала Константина полновластным хозяином всей Европы. Она стала определенной вехой и в его пути к христианству: пусть тогда он и не обратился в эту религию, но по крайней мере показал себя защитником и покровителем своих подданных-христиан. Покидая Рим, Константин подарил папе Мильтиаду Латеранский дворец, который занимала императрица Фауста, присоединившаяся к нему вскоре после его вступления в Рим. Это место оставалось папской резиденцией на протяжении тысячи лет. Рядом с дворцом Константин приказал построить за свой счет первую в Риме византийскую базилику – собор Святого Иоанна Крестителя на Латеранском холме, который до сих пор служит соборным храмом. Рядом с базиликой заложили огромный, отдельно стоящий баптистерий, поскольку в последующие годы ожидался серьезный прирост числа обращенных.