Türklerin Kocaeli yarımadasındaki kaleleri alarak Boğaza inmeleri Bizans imparatorluğunu telâşa düşürdü. Hem zabtedilen kaleleri geri almak ve hem de epey zamandan beri kuşatılmakta olan İznik'i kurtarmak için Bizans İmparatoru III. Andronikos gizlice hazırlıkta bulunarak Rumeli'den getirttiği 2000 kişilik kuvvete İstanbul ve etrafından da kuvvet katarak bunlarla beraber Anadolu yakasına Üsküdar'a geçmiştir. III. Andronikos (Genç) 1329 mayısında Orhan'ın üzerine yürüyüp kendisine sahilde Flokren kasabasını karargâh yapmıştı.
Bunu haber alan Orhan Bey, İznik muhasarasına bir miktar asker bırakarak seçme 8000 mevcutlu kuvvetlerinin başında olarak Pelekanon mevkiinde bizzat İmparatorun kumandasındaki Bizans kuvvetleriyle çarpıştı. Akşam olmuştu, geceleyin muharebeye devamın tehlikeli olduğunu gören İmparator ordugâhına döndüğü sırada bu vaziyeti gören Orhan'ın fırsatı kaçırmayarak şiddetle taarruza geçmesi üzerine, Bizans ordusunda müthiş bir panik oldu, birbirlerine girdiler. Yaralanan imparator deniz yoluyla İstanbul'a kaçtı (1329 veyahut 1330). Bu muharebede Orhan'ın kardeşi Pazarlu Bey de kumandan olarak bulunmuştur.
Pelekanon zaferi sonrasında aynı sene içinde tekrar İznik üzerine döndü. Artık kendisine yardım imkânın göremeyen İznik (Nikea) kumandanı bazı şartlarla teslim oldu. Bursa'nın alınmasını müteakip halka karşı gösterilen yumuşaklık ve teslim şartlarına riayet edilmiş olması İznik'in tesliminde de gösterildi. Şehir ve kaleyi teslim alan Orhan Bey, halktan arzu edenlerinin eşyalarıyla beraber gitmesine müsaade etti ve hattâ bu müsaadekârlıkta daha ileri giderek İznik halkının kendi tabaasından olmak ve yalnız cizye vermek şartiyle âdet ve ananelerini muhafaza edebilecekleerini îlân etti. İznik muhafızı olan Rum beyi deniz yoluyla İstanbul'a gittiyse de halktan çoğu gitmedi. Harp sahasına yakın olduğu için geçici bir müddet beylik merkezi İznik'e naklolundu.
İznik kuşatması esnasında kaledeki muhafız Rumlardan ve halktan gerek muharebede ve gerek açlık ve hastalık vesaire yüzünden ölenlerin dul kalmış olan kadınları İznik'te bulunan Orhan Bey'e başvurarak kendilerine bakacak kimseleri olmadığını söylemişler, Orhan Bey bu kadınları askerlerden arzu edenlerin nikâhla alabileceklerini ve bunlarla evlenenlerin iznik muhafazasında bırakılacaklarını söyleyerek bunlara yeni kocalar bulmuştur.
İznik alındıktan sonra beylik merkezi yapılmasını müteakip Orhan Gazi bir büyük kiliseyi (Ayasofya) cami yaptı. Bir manastırı medreseye çevirip Yenişehir kapısı tarafında bir de imaret yaptırdı ve aynı zamanda zevcesi Nilüfer Hatun da yine burada bir imaret ve Orhan'ın oğlu Süleyman Paşa ise medrese inşa ettirdi, diğer hayır sahiplerinin yaptırdığı tesislerle az zamanda burası bir Türk şehri manzarası gösterdi. Bundan dört sene sonra da Bitinya'nın zahire ambarı olan Gemlik alındı (1334 M.) ve bunu Armutlu, Anahor mevkilerinin alınmaları takip eyledi.
