За несколько месяцев со времени восшествия на трон Тотила настолько укрепил свои силы, что ему удалось оттеснить имперскую армию в 12 000 человек от ворот Вероны и уничтожить другую армию византийцев в результате тщательно подготовленного сражения в окрестностях Фаэнцы. А весной 542 г. примерно в пятнадцати милях к северу от Флоренции он наголову разбил армию Иоанна. К концу лета Тотила покорил всю Италию за исключением Равенны, Рима, Флоренции и нескольких прибрежных городов. Самым значимым из последних являлся Неаполь, и Тотила предпринял его осаду. Основательно оголодав, неаполитанцы вынуждены были сдаться, тем более что условия капитуляции, предложенные Тотилой, своей мягкостью тому весьма способствовали: византийский гарнизон отпускался с миром, и при нем оставалось все его имущество.
Падение Неаполя, во второй раз за семь лет, нанесло еще один удар по боевому духу византийцев. В январе 544 г. греческие военачальники, отсиживавшиеся в своих укрепленных лагерях, написали Юстиниану, что они близки к поражению. Почти несомненно, именно это письмо побудило императора вновь послать Велисария в Италию.
Между тем в надежде, что он сможет занять столицу без пролития крови, Тотила обратился из Неаполя непосредственно к жителям Рима. Однако спонтанного восстания, на которое он надеялся, не произошло, так что в начале лета 544 г. Тотила двинулся к столице, и в то же самое время Велисарий уже направлялся в Италию.
Византийский полководец с самого начала знал, что в эту свою вторую итальянскую кампанию ему придется несладко: Юстиниан дал слишком мало войск и совсем не дал денег. И все же с лета 544 г. ему в течение года удалось освободить Отранто и отстроить заново укрепления в Пезаро, который впоследствии выдержал решительную атаку готов. Но за это время он ясно осознал, насколько изменилась ситуация после его отъезда. Теперь уже не только готы были враждебно настроены к византийцам, но и практически все население Италии. С имевшимися у него войсками Велисарий мог бы лишь поддерживать имперское присутствие в Италии, но ему никогда не удалось бы отвоевать ее. В мае 545 г. он отправил с Иоанном письмо Юстиниану, где сообщал о крайней нужде в людской силе, лошадях, оружии и деньгах.
Император пошел навстречу своему полководцу. В конце осени Иоанн вернулся со значительными воинскими подкреплениями, в составе которых были как римляне, так и варвары. Совместное командование этой армией осуществлялось самим Иоанном и армянским военачальником по имени Исаак. Примерно в то же время войска Тотилы подошли к Риму и начали осаду.
Перед горизонтом вырисовывались довольно-таки мрачные перспективы. Тотила контролировал всю территорию между Римом и морским побережьем, его флот был уже подтянут к устью Тибра, а командующему гарнизоном Бессу не удалось сделать продовольственные запасы на случай серьезной блокады.
Велисарий разработал следующий план. В то время как Бесс отвлекающими вылазками вынуждал готов следить за выходами из города, часть армии Велисария пройдет вдоль южного берега реки, а остальные солдаты, разместившиеся на 200 судах, разграбят вражеский флот и затем поплывут вверх по течению — на помощь пехоте. Во время этой операции армянскому полководцу Исааку надлежало оставаться в устье реки. Под его наблюдением находились резервные полки, оставшиеся суда и — что не менее важно — Антонина, которая незадолго до этого прибыла в Италию, чтобы присоединиться к мужу.
И вот операция началась, но Бесс не предпринял со своей стороны требуемой активности. Невзирая на это, суда Велисария медленно продвигались вверх по реке, с их палуб летели потоки огненных стрел. Им удалось прорвать огромную железную цепь, которой Тотила перегородил Тибр, используя ее как дополнительную меру защиты, и византийские суда уже приближались к Риму, когда пришло известие, что Исаак захвачен в плен. По мысли Велисария, это могло означать только одно: готы предприняли внезапную атаку и отрезали византийцев от моря. Более того, если Исаак схвачен, то попала в плен и Антонина. Отменив атаку, Велисарий ринулся к побережью — и оказалось, что Исаак атаковал готский гарнизон в Остии, выказав вопиющее неповиновение приказам верховного главнокомандующего, и потерпел поражение. За исключением самого Исаака и сопровождавшего его отряда никто, включая Антонину, не пострадал.