Przez cesarza Leona I został wyznaczony na cesarza zachodniorzymskiego i wysłany z dużą armią i flotą do Rzymu. Oficjalnie wybrano go na cesarza 12 kwietnia 467 w miejscowości Brontotas pod Rzymem. Przez zachodnich Rzymian (m.in. przez Rycymera) nazywany był pogardliwie "Greczynkiem" (Graeculus). Na jego cześć 1 stycznia 468 Sydoniusz Apollinaris wygłosił panegiryk. Nowy cesarz obdarzył Sydoniusza prefekturą Rzymu i tytułem patrycjusza.
W 468 roku wspólnie z cesarzem wschodniorzymskim podjął nieudaną próbę zniszczenia państwa Wandalów w Afryce. Genzeryk podstępem zniszczył większość floty rzymskiej, a Marcellinus, który po zajęciu Sardynii przygotowywał atak na Sycylii został tam zamordowany. Zajęte przez armię wschodniorzymską wybrzeże Libii, zostało odzyskane przez Wandalów, tak jak Sardynia. Ich łupem padła także Sycylia.