После смерти Аспаруха Тервел принял болгарский престол. Экс-император Византии Юстиниан II находился к тому времени в бывшей столице Великой Болгарии — городе Фанагория. Византийский император Апсимар упросил хазарского кагана выдать ему Юстиниана живым или мертвым. Оставив жену, в 705 году Юстиниан на лодке добрался до Дуная и решил просить болгарского хана о помощи:
Юстиниан II, вероятно, также домогался одновременно помощи болгар, которые были под предводительством хана Кубера, четвертого сына хана Кубрата. Они располагались на территориях современной Македонии, но по словам самого хана Тервела:
Болгарские войска остановились у стен византийской столицы. Три дня они вели переговоры, но получали в ответ только оскорбления. Видя такое положение, Юстиниан II тайно вошел в город и смог воцариться в Константинополе при помощи своих сторонников.
В благодарность, кроме щедрого вознаграждения, хан получил титул цезаря, второй в византийской иерархии, что было первым случаем, когда такого звания удостоился иностранный правитель. Кроме этого, Тервел получил область Загоре на северо-востоке Фракии и взял в жёны дочь Юстиниана Анастасию. Византия обязалась платить дань болгарам. Получая дань, Тервел бросал щит и кнут на землю и их полностью покрывали монетами, также он бросал копьё, которое полностью засыпали шелковыми одеждами.
Тервел был торжественно принят в Константинополе и после празднования произнёс речь перед народом, находясь на одной из базилик Константинополя.
Однако византийский император быстро забыл благодеяния Тервела, и в 708 году хану Тервелу пришлось отражать византийское нападение в битве при Анхиало, что, однако, не привело к разрыву отношений между странами. Подробности раскрывает летописец Феофан Исповедник:
В 711 году Юстиниан снова впал в немилость, так как взбунтовалось войско и императором был объявлен военачальник Филиппик Вардан. Юстиниану снова пришлось умолять Тервела о помощи, но Тервел на этот раз выслал ему лишь трёхтысячный отряд, который не успел изменить ситуацию в лучшую для императора сторону. Захватив абсолютную власть, Филиппик Вардан предложил болгарам мирно уйти, а Юстиниан был убит.
В 712 году, после свержения Юстиниана II, Тервел совершил набег на территорию Византии. Болгарские войска дошли до Босфора, а потом до ворот Константинополя. С богатой добычей они вернулись назад в Болгарию. О дальнейших военных походах неизвестно, но в 716 году император Феодосий III (715—717) был вынужден заключить мирный договор с Болгарией.
Мирный договор урегулировал границы, также предусматривал ежегодную выплату болгарам дани, свободу торговли и обмен пленными. 4 основных пункта:
Вероятно, в договоре существовал пункт о военном сотрудничестве. Это не известно, однако хан Тервел пришёл на помощь Константинополю, осаждённому арабами в 717/718.
25 марта 717 года император Лев III занял византийский престол, дав начало Исаврийской династии. Летом того же года Маслама, брат халифа Сулеймана, перешёл Дарданеллы и блокировал Константинополь на суше огромной 100-тысячной армией. Флот арабского полководца, 1000 кораблей. Египетские моряки-христиане, дезертировавшие с арабского флота, дали ценную информацию о намерениях арабов. С помощью секретного оружия «греческий огонь» удалось уничтожить большую часть арабских кораблей. В 717 и 718 годах император Лев III попросил помощи у хана Тервела, который в результате выступил против арабов. Ещё в начале осады Константинополя хан Тервел неожиданно появился в тылу арабов и большая часть сухопутного войска была уничтожена. Зима 718 года была тяжёлой — целых 100 дней земля была покрыта снегом. Арабы проявили упрямство, и им пришлось ограждать себя 2 рвами — одним против византийцев (с юга — со стороны города), а вторым против болгар (с севера). арабы решили уничтожить болгарскую армию, но их нападение было неуспешно. Летописец Феофан писал, что в сражениях погибли 22 000 арабов, а Зигеберт увеличивает число убитых до 30 000.
Морская блокада Константинополя была снята 15 августа 718 года. По возвращении арабский флот попал в сильный ураган, мало кораблей добрались обратно в Сирию. Арабские хронисты оценивают свои потери по время похода как (50 000—80 000) человек.
Победа болгар и византийцев, а также победа короля франков Карла Мартелла над войсками Абдур-Рахмана ибн Абдаллаха при Пуатье в 732 году, остановили экспансию арабов в Европе.
Бывший византийский император Анастасий II вовлёк часть аристократов в заговор с целью свержения императора Льва III. Советники Анастасия посоветовали ему просить помощи у болгарского хана Тервела, имевшего авторитет человека, способного довести до успешного конца любое начинание. Тервел принял Анастасия, дал ему людей и оказал огромную финансовую помощь, дав 50 кентенариев золота, что составляло 7200 номизмов или 360 000 золотых монет. Тем временем Лев III отправил письмо хану, в котором заклинал его соблюдать мирный договор. После того, как Анастасия оставили единомышленники, хан отозвал войска и передал Льву III часть политических беглецов.
Учёными доказано, что в годы правления был построен археологический памятник Мадарский всадник. Наиболее достоверным считается предположение, что высеченный всадник в скале изображает самого хана Тервела. Под всадником высечены так называемые Мадарские надписи, — исторические документы, описывающие историю Болгарского государства в период между 705 и 801 годами. Надписи сделаны на греческом. Памятник является одним из наиболее значимых в Болгарии и объявлен одним из девяти объектов в Болгарии, включённых в список мирового культурного и природного наследия ЮНЕСКО.
Первая из Мадарских надписей рассказывает о правлении хана Тервела. Она описывает события 705 года, когда хан Тервел помог Юстиниану II вернуть себе престол Византии. Вероятно, после знаменательной победы и провозглашения его цезарем Тервел приказал построить памятник.
Согласно Именнику болгарских ханов, Тервел правил 21 год, то есть конец его правления относится к 721 году.
Автор «Истории славяно-болгарской» святой Паисий Хилендарский пишет, что после того, как хан Тервел отказался от престола, он принял монашеский постриг под именем Феоктист и поселился в монастыре около Охрида, где мирно окончил жизнь. Св. Паисий Хилендарский также пишет, что хан Тервел был первым болгарским святым, однако из-за неразвитой письменности болгары не отдали должной чести ему и не оставили письменных доказательств и церковных служб, за что Паисий укоряет болгар.
В подтверждение этого есть убедительные доказательства. Дед Тервела, хан Кубрат, был христианином. В 1972 году была найдена свинцовая печать с надписью на греческом языке: «Богородице помогай кесарю Тервелу». На лицевой части печати нанесено изображение хана Тервела. Печать, по-видимому, относится к событиям 705 года, когда Тервел получил титул цезаря или кесаря. Подобную печать с молитвой не стали бы делать, если бы Тервел не был христианином.
Кроме Паисия Хилендарского о святости и христианском вероисповедании Тервела, источниками считаются "История во кратце о болгарском народе словенском", монаха Спиридона Габровского и "История вкратце о Болгарословенском народе" или "Анонимная Зографская история". В защиту православного вероисповедания хана, многие историки, также ставят факт того, что только христианин мог получить титул кесаря или цезаря . 19.03.2009 г. в Региональном историческом музее города Благоевграда была открыта выставка "Хан Тервел - Святой король Тривелий, дипломат, святой войн, спаситель Европы". Выставка подготовлена Фондацией Болгарская память, Фондацией "Бъднини" и Национальным Историческим музеем Болгарии.. 27 апреля 2011 г. митрополит Варненский и Великопреславский Кирил освятил Православный Храм в честь святого благоверного царя Тривелия и великомученика Георгия Победоносца в деревне Мадара, недалеко от археологического памятника Мадарский всадник . Православные изображения святого Тривелия, которого считают ханом Тервелом, есть в нескольких монастырях и православных Храмах Болгарии. Бывший министр и историк Божидар Димитров говорит, что строящийся в городе Ахтопол Православный Храм, будет также носить имя хана Тервела.