На первом этапе своей деятельности солунские братья основали при дворе князя Ростислава училище, где они продолжали переводить богослужебные и библейские тексты и готовили своих первых учеников. С приходом в Великую Моравию солунские братья попытались ввести богослужение византийского обряда, но потом отказались от этого намерения. Уже в 864 г. они перешли на западную практику литургии св. Петра. Из древнейших богослужебных текстов сохранился в Киевских листках лишь небольшой фрагмент святопетровской литургии X в., написанный глаголицей. Фрагмент миссала содержится в так называемых Венских глаголических листках.

После более чем трехлетней деятельности в Великой Моравии Константин и Мефодий решили вернуться на родину. Поскольку ни один из них не имел высокого церковного звания, они взяли с собой и своих учеников, чтобы представить их к посвящению в церковный чин. По пути они задержались у сына Прибины Коцела в Блатенграде, где будто бы обучили славянской грамоте еще 50 учеников. Из Блатенграда они продолжили путь в Венецию. Здесь состоялся знаменитый диспут Константина Философа со сторонниками так называемого трехязычия, которые выступали с нападками на введение славянского богослужения.

В Венеции обоих братьев застало приглашение в Рим, потому что они несли с собой часть останков св. Климента. В Риме они удостоились торжественного приема папой Адрианом II. Папа, ознакомившись со славянскими богослужебными книгами, одобрил их, посвятил Мефодия в священники, а два итальянских епископа посвятили многих учеников Константина в священники и дьяконы. В конце 868 г. Константин в Риме заболел и в предчувствии близкой смерти принял монашество, получив при пострижении в схиму имя Кирилл; 14 февраля 869 г. он умер. Перед смертью он взял со своего брата Мефодия клятвенное обещание продолжать начатую в Великой Моравии деятельность.

По просьбе Паннонского князя Коцела папа направил Мефодия сначала в Блатенград, но потом расширил его миссионерские полномочия и на всю территорию Великой Моравии. По всей вероятности, уже тогда Мефодий был возведен в звание архиепископа и папского легата во владениях Ростислава, Святополка (Сватоплука) и Коцела. Направлявшегося в Великую Моравию Мефодия франки взяли в плен в Паннонии, устроили над ним судилище и бросили в заточение.

В августе 869 г. восточнофранкский король Людовик Немецкий собрал со всего королевства три войска, которые должны были воевать против славян. Войско, состоящее из тюрингцев и саксов под командованием его среднего сына Людовика, напало на полабских сербов. Карломана с баварским войском король направил против Святополка, правившего Нитранским удельным княжеством, а сам король во главе франков и алеманнов решил напасть на Ростислава. Однако король Людовик заболел, и командование войском вместо него взял на себя его младший сын Карл. Войско франков предавало страну огню и мечу, и Карл подошел к главному граду Ростислава. Так же удачно складывалась кампания и у Карломана, поэтому Святополк в 870 г. предпочел заключить с ним сепаратный мир. Ростислав не одобрил этого шага и попытался устранить Святополка. Узнав о намерениях своего дяди, Святополк взял его в плен и передал в руки Карломана. Тем не менее Ростиславов стол княжения Святополку не достался. Карломан захватил Моравию и отдал ее в управление маркграфам Вильгельму и Энгельшальку. В следующем году (871) маркграфы обвинили Святополка в измене, и, подобно Ростиславу, он оказался в заточении в Баварии.

В восточной части Великой Моравии (в Нитранском княжестве) вспыхнуло восстание против франков. Повстанцы заставили одного из родственников Святополка, священника Славомира взять бразды правления в свои руки и бороться против захватчиков. Карломан решил отпустить узника Святополка на свободу и поставил его во главе войска, которое должно было подавить восстание. Прибыв в Моравию, Святополк тайно сговорился с повстанцами, и сообща они разгромили баварское войско. Новым верховным князем Великой Моравии стал Святополк (871 — 894).

В лице Святополка Великая Моравия получила исключительно способного правителя, сумевшего вскоре после прихода к власти урегулировать внутреннюю обстановку в стране и поставить заслон территориальной экспансии со стороны ближайших соседей. За неполные четверть века он превратил Великую Моравию в державу, которая стала очень важным политическим фактором в Среднем Подунавье. В 872 г. Святополку удалось отразить военный поход короля Людовика Немецкого. Так же неудачно закончилась и экспедиция его сына Карломана. По-видимому, в то же время в его окружении стали интересоваться судьбой архиепископа Мефодия, которого противозаконно держали в заточении в Баварии. Дело в том, что церковь в Великой Моравии была ослаблена после антифранкского восстания, во время которого большинство баварских миссионеров изгнали из страны. Энергичный папа Иоанн VIII в 873 г. резко выступил против баварских епископов и добился освобождения Мефодия из заточения. После этого Мефодий смог наконец вернуться в Великую Моравию и продолжить устройство самостоятельной моравской церковной провинции. Правители Восточнофранкского королевства убедились, что Святополк весьма серьезный противник, и поэтому начали с ним переговоры о мире. В конце концов мир был заключен в 874 г. в Форхгейме. Святополк официально признал верховенство Восточнофранкского королевства и обязался платить регулярную дань. Баварцы, со своей стороны, обязались жить со Святополком в мире и не вмешиваться во внутренние дела Великой Моравии. Заключение мира позволило Святополку начать экспансию против соседних славянских стран. Вероятно, в 875 г. он покорил княжество на верхней Висле. Побежденный князь висланов был вынужден принять крещение от моравского архиепископа Мефодия. В последующий период Святополк продолжал вести войны против язычников. Он напал на славян в Потисье, которые находились под болгарским господством. После неудач на первом этапе ему в конце концов удалось победить и расширить свою державу вплоть до нижнего Подунавья. Восточную границу его владычества следует искать в Бихарских горах, которые стали естественной пограничной линией против болгар.

Вершиной государственной деятельности Святополка была отправка посольства в Рим в 880 г. Архиепископ Мефодий сообщил папе о желании Святополка отдать свою страну под прямой патронат престола св. Петра, что Иоанн VIII с радостью принял. Этот акт был призван избавить Великую Моравию от тесной зависимости от Восточнофранкского королевства. В ответ на категорическое требование Святополка папа учредил епископство в Нитре и возвел в звание ее первого епископа Вихинга, бывшего бенедиктинского монаха. Ему приписывают и заслуги в возникновении бенедиктинского монастыря св. Ипполита под Зобором.

Образование Нитранского епископства является несомненным свидетельством большой значимости Нитры как одного из двух великоморавских княжеств. Из этого следует, что даже после свержения Прибины Нитра не потеряла своего значения стольной княжеской резиденции. О том же свидетельствует и строительство новых, целиком из камня фортификационных сооружений, которые охватывали всю замковую гору.

Потеря обширных территорий в Потисье сблизила болгар с баварцами. В 882 г. болгары предприняли опустошительную атаку на восточные области державы Святополка. Однако вернуть утраченные земли не удалось, так как войска Святополка остановили нападавших. В подстрекательстве болгарских агрессоров Святополк обвинил карантанского герцога Арнульфа, который после смерти сына Прибины Коцела получил в управление и Паннонское княжество. Кроме того, Арнульф поддерживал и защищал сыновей бывших маркграфов Вильгельма и Энгельшалька. Святополк считал их своими врагами и в 882 г. изгнал их из Восточной марки. Взаимная вражда обострилась настолько, что Святополк во главе мощного войска напал на Паннонию, двумя походами в 883 и 884 гг. опустошил ее и подчинил себе. Таким образом, ему удалось расширить свою державу вплоть до реки Дравы и Видинского леса.