Пройдя через Мезию и Фракию, армия Гордиана высадилась в Азии и двинулась в направлении Сирии, главный город которой — Антиохия — в это время находился в руках персов. Боевые действия развивались успешно для римской армии: Антиохия и вся Сирия были очищены от персидских войск, взяты такие важные в военном и экономическом отношении города на территории Верхней Месопотамии, как Карры и Нисибис. О степени успеха римлян говорит тот факт, что в планах императора было продолжение войны на персидской территории и продвижение в глубь сасанидских владений вплоть до Ктесифона, которым Гордиан был намерен овладеть. Однако персы тоже не бездействовали и оказывали римской армии серьезное сопротивление, сумев нанести ей ряд поражений. Это даже дало основание Шапуру I в знак одной из побед над войсками Гордиана III основать город Пероз-Шапур («Победа Шапура»). Трудно сказать определенно, какая из сторон в военно-стратегическом отношении добилась все же больших успехов, однако следует признать, что своей цели Гордиан достиг — захваченные персами римские территории были освобождены от войск противника. Это было по достоинству оценено в Риме: в честь побед Гордиана на востоке отпраздновали триумф, а сенат предоставил императору в качестве почетной награды четверку слонов, считавшихся царскими животными.
Казалось бы, ничто не предвещало беды. Однако, как это часто происходит, она пришла внезапно, в самый разгар подготовки римлян к дальнейшим боевым действиям против персов. Дело в том, что незадолго до описываемых событий родственника и ближайшего сподвижника Гордиана — Гая Фурия Тимеситея — на посту префекта претория сменил Марк Юлий Филипп, имевший, судя по его прозвищу («Араб»), далеко не римское происхождение. Свое новое назначение Филипп Араб использовал для достижения собственных политических целей. Им была организована интрига, в результате которой транспорты с продовольствием для римского войска, воевавшего с Персией, были направлены в другие пункты назначения. В армии римлян начался голод, вызвавший резкое недовольство воинов своим командованием и в первую очередь — самим Гордианом.
Подобного рода настроения всячески подогревались Филиппом и его сторонниками: в войске распускались слухи о неспособности Гордиана управлять не только армией, но и государством. В результате солдаты провозгласили императором Филиппа, а Гордиан был убит. Тем не менее в память об императоре римскими воинами в 20 милях от Киркесия, где и произошли описанные драматические события, был насыпан высокий курган, получивший впоследствии название «Римский Лагерь».
Став императором, Филипп был заинтересован в скорейшем прекращении боевых действий и прибытии в Рим для окончательного утверждения своей власти. Война с персами была для него препятствием к этому, которое необходимо было как можно быстрее преодолеть. Поэтому Шапур I и Филипп Араб заключили мирный договор, носивший компромиссный характер: империя удерживала за собой Верхнюю Месопотамию, Шапур же, в свою очередь, добился от Филиппа признания прав Персии на включение Армении в сферу своего влияния. Кроме того, Рим должен был выплатить Персии незначительную контрибуцию (ее точный размер неизвестен).
Таким образом, столь успешно начавшийся и так драматически завершившийся персидский поход Гордиана III все же решил главную на тот момент задачу Рима на Востоке — захваченные персами территории были возвращены, активные боевые действия со стороны сасанидского Ирана на какое-то время прекратились.
В то же время очевиден и тот факт, что Сасаниды отнюдь не намерены были налаживать с империей добрососедские отношения. Их целью по-прежнему являлся захват всей территории, некогда входившей в состав державы Ахеменидов. Возобновление войны с Римом было для Персии лишь вопросом времени.
Перемирие продлилось девять лет. В 253 г. персидская армия вновь перешла римскую границу. Дать персам отпор римляне не могли. На троне империи в это время царил настоящий хаос; за четыре года, предшествовавшие вторжению, в Риме сменилось четыре императора (Деций (249–251), Требониан Галл (251–253), Эмилиан (253) и Валериан (253–260)), не считая их соправителей и узурпаторов, которые также формально считались императорами. Вся эта императорская чехарда происходила на фоне непрекращавшихся вторжений на территорию империи германских и других племен на рейнско-дунайской границе. Иначе говоря, момент для начала новой войны с Римом был выбран Шапуром I весьма удачно.
Персидское войско форсировало Евфрат и начало движение на запад, в направлении Антиохии. Ввиду отсутствия здесь представителей центральной военной администрации роль организатора обороны взял на себя легат Сирии. Первая крупная битва произошла близ города Барбалиссы на правом берегу Евфрата. Римское войско численностью около 60 тысяч человек потерпело поражение, после чего путь персам в Сирию был открыт. Были взяты Антиохия и другие сирийские города. После разорения римских владений персы вернулись домой.
Тем временем ситуация в Риме вроде бы начала стабилизироваться. В 253 г. к власти здесь пришел император Публий Лициний Валериан (253–260), находившийся, правда, уже в достаточно преклонном возрасте (на момент вступления на престол ему было 63 года). Для налаживания более эффективного управления разваливавшейся на части империей и организации обороны ее границ Валериан назначил соправителем своего сына Галлиена, правившего в западной части империи, а сам отправился на восток, где ситуация была более сложной. В течение нескольких лет Валериан занимался укреплением римских рубежей в Азии и подготовкой к отражению очередного нападения персов.
В 260 г. войска Шапура I вновь перешли римскую границу. Императорская армия под командованием самого Валериана вышла навстречу противнику. Решающее сражение произошло в Северной Месопотамии, под Эдессой. Войско Валериана, несмотря на все проведенные им подготовительные мероприятия, потерпело сокрушительное поражение, а сам император попал в плен, что было единственным случаем за всю историю римско-персидских войн. И если даже, как гласит одна из версий, Валериан был пленен вероломно, во время переговоров, это отнюдь не умаляет военного успеха персов. Согласно одной из версий, находясь в плену, Валериан должен был выполнять при Шапуре роль раба и подставлять ему спину в качестве опоры всякий раз, когда тот садился на коня. Точное время гибели Валериана в персидском плену неизвестно. По некоторым данным (Agath. IV. 23), бывший император умер мученической смертью: с него живьем была снята кожа, что являлось одним из излюбленных способов казни у персов.
Этим событиям в Персии придавалось огромное (в первую очередь — идеологическое) значение, что подтверждается четырьмя монументальными рельефными композициями, созданными в разных районах Персии (наиболее известным из них является рельеф в Накш-и-Рустаме, изображающий Валериана, стоящего на коленях перед восседающим на коне Шапуром), а также письменными источниками (Euseb. Vit. Const. IV. 11). Кроме того, римские военнопленные были отправлены в город Гунди-Шапур на территории Хузистана и задействованы при постройке плотины на реке Харун, которая из-за своего названия — «Банд-и и Кайсар» («Плотина Цезаря») — стала еще одним своеобразным памятником победе войск Шапура I над армией Валериана.