Захват Сицилии лишил Остготское королевство его основной житницы. Византийцы приобрели прекрасную оперативную базу для нападения на Италию. Первые же успехи Велисария в Сицилии вселили в малодушного короля панический страх, и он начал переговоры о мире с Юстинианом. К этому толкало Теодата и нараставшее недовольство в стране. Его неумелое правление заставило отвернуться от него как остготскую военную знать, так и римский сенат. В 535 г. вспыхнуло народное восстание в Риме. Усиливалась рознь между римлянами и готами. В такой обстановке Теодат пошел на все уступки Юстиниану. В начале 539 г. Теодат заключил с императорским послом тайный договор, по которому был готов передать императору всю Италию за богатые поместья и 1200 либр золота ежегодного дохода. Юстиниан отправил новых послов в Италию для выполнения этого секретного договора. Но когда в апреле 536 г. послы явились к остготскому королю, тот круто изменил свою позицию. Изменчивый и непоследовательный, Теодат столь же легко падал духом, как и впадал в высокомерие. К этому времени остготские полководцы разбили армию Мунда в Далмации, близ Салоны. Поднятию воинственного духа остготского правительства способствовало также известие о восстании Стотзы в Северной Африке. Теодат бросил в темницу послов императора. Одновременно ему удалось посадить на папский престол своего ставленника — диакона Сильверия. Активизировалась и дипломатия Остготского королевства. В переговорах с франками Теодату посчастливилось добиться некоторых успехов. За уступку остготских владений в Провансе и большую дань франки обещали помочь своим германским соседям, но отказались и расторгнуть договор с Византией.
Летом 536 г. византийский полководец Константиан отвоевал у остготов Далмацию, а Велисарий подавил восстание солдат в Северной Африке и возвратился в Сицилию. Вскоре он высадился в Регии (ныне — Реджио ди Калабрия). Население Южной Италии встретило византийцев как освободителей. Византийские войска прошли Бруттий, Луканию и достигли Кампании. Здесь они неожиданно натолкнулись на упорное сопротивление готского гарнизона и жителей самого крупного центра Южной Италии — Неаполя. Его осада длилась двадцать дней. Лишь благодаря военной хитрости византийцы тайно, ночью проникли в город и овладели им. Это произошло в середине ноября 536 г. Неаполь был подвергнут жестокому разгрому, после которого этот прекрасный город запустел и обезлюдел.
Падение Неаполя вызвало страшное негодование против Теодата в остготской армии, превратившееся в открытое возмущение. Остготские воины подозревали короля в измене.
В ноябре 536 г. в местечке Регата, недалеко от Террацины (ныне — Терричина), остготские солдаты восстали против Теодата и провозгласили королем своего вождя Витигиса. Узнав о восстании, Теодат пытался бежать, но по приказу Витигиса был убит.
Преемник Теодата, казалось, являлся его полной противоположностью. Храбрый солдат незнатного происхождения, Витигис гордился своими воинскими доблестями. Однако энергичный и мужественный на поле сражения, он проявил себя посредственным полководцем и заурядным политиком. Первоначально приход к власти Витигиса, пользовавшего поддержкой широких слоев готских воинов и пошедшего на сближение с готской партией, вселил большие надежды в готов. Но его стратегический план в борьбе против Велисария оказался неудачным. Вместо того, чтобы наступать, Витигис отступил из Рима в Равенну, оставив «Вечный город» византийцам. Стремясь обезопасить свой тыл, он вступил в переговоры с франками, закончившиеся уступкой им Прованса и уплатой большой дани. Но Меровинги вели двойную игру и, на словах обещая помощь Витигису, на деле не расторгали своего договора с империей. Покинуть Рим Витигиса заставило еще и недоброжелательное отношение к готам римского сената, католического духовенства и самого населения города. Выходец из солдатской среды, новый король во что бы то ни стало хотел придать своей власти законный характер. Он женился на дочери королевы Амаласунты — Матасунте (Матасвинте). Гордая своей знатностью, внучка Теодориха Матасунта ненавидела Витигиса, человека «низкого» происхождения. Она постоянно интриговала против мужа и вместе со знатными готами и римлянами устраивала заговоры против него в пользу византийского императора. Оторвавшись от простых солдат, Витигис не был принят и высшей знатью. Пока король в Равенне справлял брак с Матасунтой, время для наступления против Велисария было потеряно. Стремительным броском Велисарий подошел к Риму и 10 декабря 536 г. без боя овладел им. Активную помощь византийцам при этом оказали знатные заговорщики в Риме во главе с папой Сильверием и сенатором Фиделием. Массы римлян, ненавидевшие готов, сочувственно встретили их изгнание из древней столицы и освобождение oт власти готских королей.
Византийцы сумели захватить также многие важные пункты Южной и Средней Италии. В Средней Италии ими были захвачены города Нарния (ныне — Нарни), Сполеций (ныне — Сполето) и Перузия (ныне — Перуджа). Весной 537 г. огромная армия остготов подошла к Риму. Началась осада. Положение Велисария было очень тяжелым: он располагал сравнительно небольшим гарнизоном в 5 тысяч воинов. В городе из-за голода и болезней росло недовольство. Обещанные императором подкрепления не прибывали. Осада длилась четырнадцать месяцев. Но все усилия Витигиса взять Рим были тщетны, и в марте 538 г. он снял осаду. Его принудили к этому начавшиеся в войске болезни и голод, а также умелый маневр византийцев, пославших в рейд в Пицен, по тылам готов, кавалерийский отряд полководца Иоанна, разграбивший эту область и захвативший в плен жен и детей готских воинов, ушедших в поход. Отряд Иоанна взял Ариминий (ныне — Римини) и угрожал самой Равенне. Еще два года продолжалось сопротивление готов, чему способствовали разногласия, возникшие между Велисарием и посланным к нему на помощь с 7-тысячной армией евнухом Нарсесом. В 539 г. Юстиниан принужден был отозвать Нарсеса из Италии и вновь передать все ведение войны в руки Велисария.
В это время активизировалась и дипломатия готов. В поисках союзников против Византии Витигис заключил соглашение с лангобардами. Весной 539 г. он тайно отправил послов к персидскому шаху Хосрову I Аношарвану с целью разжечь старую вражду между Византией и Ираном. Готы имели успех. Персидский шах стал готовиться к войне против Византии и весной 540 г. нарушил «вечный мир». Однако спасти Витигиса от разгрома Сасанидам не удалось. В это же время в войну готов с византийцами вмешалась третья сила: франки короля Австразии Теодеберта с большим войском перешли Альпы и внезапно вторглись в Лигурию, а затем напали как на остготов, так и на византийцев и опустошили ряд областей на севере страны. Летом 539 г., на обратном пути, франки завершили свои кровавые подвиги разрушением города Генуи.
В это время в войске остготов начало расти недовольство. Средние слои остготского общества все больше отходили от своего короля. Одновременно против Витигиса в Равенне был составлен заговор остготской и римской знати. Душой заговора была Матасунта. И когда в конце 539 г. Велисарий двинул свои войска к Равенне и начал осаду столицы Остготского королевства, он нашел внутри города верных союзников в самом королевском дворце. Знатные заговорщики сожгли в Равенне хлебные амбары, и в городе начался страшный голод. Осада Равенны длилась до мая 540 г. Витигис завязал с империей переговоры о мире. Он соглашался на то, чтобы все земли к югу от реки По перешли к Византии, а остготы остались бы лишь на территории к северу от этой реки. Юстиниан был готов принять эти условия в виду обострения отношений с сасанидским Ираном и нашествием славян со стороны Дуная. Однако Велисарий, всегда покорный своему императору, на этот раз требовал полной капитуляции Витигиса. Тогда остготская знать предложила самому Велисарию трон императора бывшей Западной Римской империи и корону остготского короля. Притворно приняв предложения готов, он в мае 540 г. без боя вступил в Равенну. Сдача Равенны знатью вызвала возмущение готов. Известную роль в ее капитуляции сыграло и то, что среди рядовых воинов-остготов росло безразличие к судьбе правительства Витигиса, которое уже полностью себя дискредитировало. Воины-земледельцы стремились скорее кончить войну и вернуться к своим семьям.
Витигис сдался на милость победителя. Равенна не была разграблена, но все готы были из нее удалены. Велисарий вскоре вернулся в Константинополь, везя с собой столь же драгоценные трофеи, как и после экспедиции в Северную Африку. Король Витигис получил земли в Малой Азии и сан патрикия и спустя два года умер в своем поместье. Матасунта удостоилась высших почестей и после смерти своего мужа вышла замуж за племянника Юстиниана, патрикия Германа. Тяжелая пятилетняя война, казалось, завершилась полной победой. Юстиниан прибавил к своим титулам «Африканский» и «Вандальский» еще один титул — «Готский». Но скоро, как и в Северной Африке, политика византийского правительства в Италии вызвала сопротивление народных масс, на этот раз решительно поддержавших, казалось бы, уже окончательно побежденных готов.
Спустя несколько месяцев после капитуляции Витигиса, начался новый этап войны, гораздо более опасный для империи, поскольку в борьбе приняли участие широкие народные массы не только остготского, но и римско-италийского населения страны.
Тотчас после завоевания в Италии вводилась византийская административная и финансовая система, византийские законы, значительно ухудшавшие правовое и реальное положение куриалов, колонов и рабов.
В византийской армии, расквартированной в Италии, наметились весьма опасные признаки разложения и недовольства. Командиры без конца ссорились и враждовали между собой, грабили и отдавали на произвол солдат местное население. Солдаты были недовольны сокращением жалования.
Центром сопротивления Византии стала Северная Италия — области, расположенные за рекой Падуе (ныне — По), где после разгрома Витигиса остались жить свободные остготские земледельцы-воины. Осенью 541 г. остготы провозгласили своим королем Тотилу (Бадуилу), известного не только знатностью, но и большим умом, незаурядной энергией и выдающейся личной храбростью