На военном совете произошел конфликт между Юлианом и полководцами. Осаждать столицу Ирана при угрозе прибытия Шапура со свежими войсками было бессмысленно, это понимали все. Шапур с самого начала похода Юлиана отправился в восточные провинции Ираншехра для набора новой армии, и его прибытие могло перечеркнуть усилия по осаде Ктесифона. Между тем Шапур срочно запросил мир, предлагая часть иранских территорий Юлиану. Командиры подразделений и даже Ормизд уговаривали Юлиана довольствоваться достигнутым и отступить на римские территории, но император решительно отвергал даже возможность переговоров с Шапуром. Он считал, что нет смысла соглашаться на немногие территории, когда весь Иран уже был почти повержен. В его глазах стоял пример Александра Македонского, который раз за разом отвергал крайне заманчивые условия мира с Дарием. Вместо этого Юлиан решает идти вглубь персидских территорий вслед за Шапуром, поверив взятому в плен персидскому вельможе о том, что он легко настигнет Шапура в районе Эктабаны и Суз. Юлиан становится одержим идеей окончательного разгрома персов, и ради освобождения 20 000 человек от охраны кораблей с провизией сжигает практически весь свой флот, оставив только 12 кораблей для наведения мостов. Умудренные опытом предыдущих персидских войн командиры пытались отговорить Юлиана от откровенного безумия, но все было тщетно.
Через несколько дней под пытками персидский старик сознался в том, что сознательно стал изводить римлян в пустыню. А в это самое время Шапур, отчаявшийся отправлять мирные посольства римлянам, приказал своим сатрапам собрать все силы и стал сражаться не на жизнь, а на смерть. И персы прибегли к тактике выжженой земли. В землях, куда вступала римская армия, было совершенно нечем поживиться, и армия вскоре начала голодать. На очередном военном совете было решено вернуться на римскую территорию, двигаясь в сторону Кордуэны. Между тем персы, не допуская прямых столкновений, то и дело обстреливали изнеможденных римских солдат.
Наконец, когда в июне 363 года римская армия добралась до местности, называемой Марангой, крупные иранские силы во главе с командиром конницы Мереной и двумя персидскими царевичами силами катафрактариев, лучников и слонов решили прямо атаковать римлян, но закалённые в боях легионы, быстро преодолев зону обстрела, вступили с персами в рукопашный бой, в который римлянам не было равных. После многочасового ожесточенного боя персы отступили, оставив многих убитыми. Потери же римлян были незначительны.
После такой кровавой битвы было заключено соглашение о перемирии на 3 дня. Провиант римлян был на исходе, и даже то, что было на императорском столе, Юлиан приказал раздать солдатам. Ночью римляне увидели редчайшее природное явление — падение метеорита. Призванные истолковать знак этрусские гаруспики сообщили, что согласно книгам Сивиллы не следует ничего предпринимать на следующий день. Но Юлиан снова не послушал совет и утром выдвинулся в путь.
Преследуя римлян, после явного поражения персы так и не решались вступить в очередное столкновение, предпочитая проверенную тактику изматывания на расстоянии. Наконец, в месте под Самаррой Юлиан получил известие, что римские силы были атакованы персами. Юлиан тут же рванулся в бой, не надев даже защитные доспехи. Персидские катафракты ударили в центр римских сил и император без страха ринулся прямо на первую линию сражения. Телохранители кричали об опасности, но было поздно — неизвестно откуда прилетевшее копье глубоко впилось в бок Юлиана. Порываемый снова идти в бой, Юлиан все же не обладал достаточными силами — рана была смертельна.
Увидев, что раненого Юлиана уносят в палатку, римские солдаты в последнем порыве духа стали сражаться со всей яростью и смогли сломить напор персов, убив множество простых солдат, 50 вельмож и сатрапов, а также двух главных командиров армии Ирана, Мерену и Ногодара. Потери римлян были не менее тяжелы.
Последние свои часы Юлиан проводил в философских беседах с друзьями-неоплатониками Максимом Эфесским и Приском, не сожалея и не боясь смерти. 26 июня 363 года император Флавий Клавдий Юлиан испустил дух.