Большую часть своего правления Констанций I Хлор провёл в военных кампаниях, в основном, успешных, против германцев на границе, а также против узурпаторов. Крупнейшим военным предприятием Констанция I Хлора была экспедиция в Британию в 296 г. против Аллекта, в ходе которой узурпатор был убит, а остров присоединён к Римской империи и передан под управление тетрархов. Войска Констанция I Хлора дошли на севере до Адрианова вала, заново укрепив его как пограничную линию. В 298 г. Констанций I Хлор отразил крупное нападение алеманнов на Виндониссу (ныне Виндиш, Швейцария); в 300 г. – набег франков на Рейне. Заключив с ними мир, Констанций I Хлор предоставил им статус федератов империи и отдал запустевшие районы в Галлии для расселения. В последние годы правления Диоклетиана началось обострение отношений между Констанцием I Хлором и Галерием, как его ближайшими преемниками по тетрархии, каждый из которых стремился обеспечить положение цезарей своим ставленникам. Констанций I Хлор в целом занимал пассивную позицию и согласился с Диоклетианом, который в 304 г. решил не предоставлять титулов цезарей ни сыну Констанция I Хлора Константину, ни сыну Максимиана Геркулия Максенцию. 1 мая 305 г. на проходивших параллельно церемониях в Никомидии (ныне Измит, Турция) и Медиолане Диоклетиан и Максимиан отреклись от власти, Констанций I Хлор и Галерий были провозглашены августами Запада и Востока, а цезарями стали Флавий Север (на Западе) и Максимин Дайя (на Востоке). Это компромиссное решение не привело к примирению тетрархов, и вскоре началось открытое политическое соперничество между группами сторонников Констанция I Хлора и Галерия, причём последнего активно поддерживал Максимиан Геркулий. Летом 305 г. Констанций I Хлор, сославшись на ухудшающееся здоровье, потребовал от Галерия отправить к нему Константина, который до этого находился в Никомидии и оказался там в явной опасности. Константин спешно переехал в Августу Треверов. В конце 305 – начале 306 гг. Констанций I Хлор совершил ещё одну экспедицию из Галлии в Британию, уже в сопровождении Константина, где добился победы над пиктами и получил титул Britannicus Maximus. Последние месяцы своей жизни (начало 306 г.) Констанций I Хлор провёл в Эбораке, планируя продолжать войну на севере Британии. Находясь на смертном одре, призвал свою армию провозгласить Константина своим преемником. В соответствии с его пожеланием незадолго до или сразу после смерти Констанция I Хлора в Эбораке Константин был провозглашён императором. По мнению большинства современных исследователей, Констанций I Хлор не поддерживал в своих диоцезах гонения на христиан в Римской империи, начатые Диоклетианом и Галерием на Востоке империи с 303 г. Однако эта оценка нуждается в существенных уточнениях. Свидетельства писателей-христиан IV в. Лактанция и епископа Евсевия Кесарийского о поведении Констанция I Хлора во время гонений противоречивы. Лактанций в книге «О смертях преследователей» говорит, что Констанций I Хлор позволял разрушать храмы, оставляя нетронутым «истинный храм веры в сердцах людей», т.е., как полагают исследователи, в Галлии и Британии в этот период проводились конфискации и сносы помещений, где проходили собрания христиан, но арестов или осуждений самих верующих не было.