מחשש להצלחתו המהירה של איוואילו, קיסר בולגריה, הקיסר הביזנטימיכאל השמיני פלאיולוגוס זימן את איוואן אסן לחצרו, העניק לו את התואר דספוט, וחיתן אותו עם בתו הבכורה אירנה פלאיולוגינה ב-1277 או 1278. לאחר מכן שלח מיכאל השמיני כמה צבאות ביזנטיים לנסות להציב את איוואן אסן השלישי על כס המלכות של בולגריה. למרות שאיוואילו הביס כמה מהניסיונות הללו, הוא נחסם למשך שלושה חודשים בדרסטאר (סיליסטרה) על ידי המונגולים בעלי בריתו של מיכאל השמיני. במהלך ההפוגה כיתר כוח ביזנטי את בירת בולגריה טרנובו, וכשנפוצה שמועה על מותו של איוואילו בקרב, נכנעה האצולה המקומית וקיבלה את איוואן אסן השלישי כקיסר ב-1279.
כדי לחזק את מעמדו בטרנובו, איוואן אסן השלישי חיתן את אחותו מריה (קירה מריה) עם האציל הבולגרי-קומאני גאורגי טרטר, אך לא הצליח להתייצב ברחבי המדינה. איוואילו הופיע שוב לפני חומות הבירה והביס שני ניסיונות ביזנטיים לחלץ את איוואן אסן השלישי. נואשים מהסיכוי להיחלץ, איוואן אסן השלישי ואירנה פלאולוגינה ברחו בחשאי מטרנובו עם אוצרות מובחרים מאוצר הארמון, כולל חלקים שנלכדו מקיסרים ביזנטיים מובסים בניצחונות קודמים. כשהגיעו למסמבריה (נסבר), הפליגו הזוג הקיסרי לקונסטנטינופול, שם מיכאל השמיני הזועם סירב לקבל אותם במשך ימים בשל פחדנותם.
בשנת 1280 או 1281 איוואן אסן השלישי נסע לאורדת הזהב, והתחרה עם איוואילו בניסיון לזכות בתמיכה להחזקת השלטון בבולגריה. המפקד המונגולי נוגאי חאן בסופו של דבר רצח את איוואילו,[3] אך לא הצליח להחזיר את איוואן אסן השלישי לשלטון בבולגריה. האחרון חזר לנכסי משפחתו בטרוד, ומת ב-1303.
משפחתו
איוואן אסן השלישי ואירנה פלאולוגינה הפכו לאבות המשפחה הגדולה והמשפיעה אסן (או אסאנס) באימפריה הביזנטית, ששגשגה בתפקידי חצר ומחוזות שונים עד סוף האימפריה והמדינות הכפופות שלה באמצע המאה ה-15. אחת מצאצאיו של איוואן אסן השלישי, אירנה אסנינה (בתו של בנו אנדרוניקוס אסן) התחתנה עם הקיסר הביזנטי לעתיד יוחנן השישי קנטקוזנוס,[4] ובאמצעות בתם הלנה (שנישאה לקיסר יוחנן החמישי פלאיולוגוס), הפכה לאבותיהם של קיסרים ביזנטיים מאוחרים יותר.
בנישואיו עם אירנה פלאולוגינה, לאיוואן אסן השלישי נולדו הילדים הבאים: