Pelayo encabezó la primera revuelta contra los invasores musulmanes que se habían adueñado de España tras derrotar al Ejército visigodo en Guadalete, el año 711. Elevado a la categoría de rey, fundó la Monarquía y el Reino de Asturias y derrotó por primera vez a los árabes en Covadonga, librando a toda Asturias de la presencia musulmana. Según las crónicas, reinó 18 años, 9 meses y 19 días, desde el 718 al 737.

Un Ejército árabe dirigido por el bereber Târiq ibn Ziyâd había derrotado al rey Rodrigo, último monarca visigodo, y a todo su Ejército el año 711. Al año siguiente, Mûsâ ibn Nusayr, emir del norte de África, pasó también a España y, junto con Târiq, emprendieron la conquista de toda la Península, que completaron en apenas cinco años. No tuvieron que librar grandes batallas o poner largos sitios. La derrota y muerte del rey Rodrigo había dejado al reino visigodo sin un poder central que organizara la resistencia. El vacío fue ocupado por nobles locales, sin unión entre ellos, de los que algunos pactaron con el invasor, mientras que otros que trataron de oponerse, como ocurrió en Toledo, fueron ejecutados sumariamente. Las noticias de las victorias de los árabes y el temor que imponían sus acciones se extendieron por toda la Península con mayor rapidez y más capacidad de penetración que el propio Ejército invasor. El miedo llegó por delante y se hizo presente en lugares que no alcanzaron los árabes. Así, en vez de una ocupación con presencia física de guarniciones en todas partes, para lo que no contaban con suficientes efectivos, hay que pensar más en una sumisión temerosa con reconocimiento de la hegemonía del nuevo poder musulmán.

Asturias, como parte integrante del reino visigodo de Toledo, quedó bajo el poder y la administración árabe, que pusieron en Gijón un gobernador llamado Munnuza.

Tras cinco años de total dominio musulmán, Pelayo y los astures se rebelaron. De lo ocurrido se sabe por unas crónicas escritas casi dos siglos después, durante el reinado de Alfonso III (866-910), y que son historias muy cargadas de ideología, cuyo interés principal era demostrar que Alfonso III y los monarcas asturianos predecesores suyos eran los legítimos continuadores de los reyes visigodos de Toledo. Para este fin, los cronistas inventaron unos orígenes a Pelayo que lo enraizaban con la monarquía visigoda y el pueblo godo.

Sin embargo, otras fuentes de información llevan a pensar que Pelayo era un noble astur, con alguna relación previa con la administración visigoda de la provincia Asturica, lo que hacía que fuera persona señalada. Ello hizo que fuera tomado como rehén en garantía de la sumisión de sus compatriotas y llevado a Córdoba, donde residía el poder musulmán en la Península. La crónica "Rotense" mezcla este hecho con un episodio de amoríos y dice que el futuro rey astur fue enviado a la capital andaluza por orden del gobernador árabe en Asturias, Munnuza, que pretendía casarse con la hermana de Pelayo.

No conforme con su situación, en el año 717, Pelayo huyó de Córdoba y regresó a Asturias, refugiándose en el lugar de Brez, cuyo nombre conserva una casería de la parroquia de Sorribas, en el concejo de Piloña. Avisado Munnuza de su fuga, envió a un destacamento para prenderlo. Pero Pelayo, alertado por un amigo que viviría en Gijón, cerca de Munnuza, consiguió huir antes de ser apresado, dejando atrás a sus perseguidores musulmanes al atravesar el río Piloña, que bajaba crecido y desbordado, y que la cuadrilla árabe no se atrevió a cruzar.

Ya en franca rebeldía, cuentan las crónicas, se internó en las tierras montañosas y se unió a un grupo de astures que acudían a una reunión (un "concilium" o "conceyu", dicen las crónicas), y se refugió con ellos en el costado del monte Auseva, en la cueva de Covadonga. Desde allí envió emisarios a otros grupos de astures para que acudieran a una reunión, en la cual Pelayo expuso sus planes de revuelta contra los musulmanes y fue elegido príncipe. No hubiera logrado este reconocimiento Pelayo si fuera un godo recién llegado. Muchas de las historias árabes dicen claramente que era natural de Asturias y que fundó una nueva Monarquía, que nada tiene que ver con la visigoda. Además, en un documento del año 869, por el que Alfonso III donaba la villa e iglesia de Tiñana (Siero), al presbítero Sisnando, que luego fue obispo de Iria-Compostela, se afirma que esa villa e iglesia habían pertenecido a Pelayo y que los había recuperado su bisnieto Alfonso II tras un proceso judicial. Ante ello, cabe preguntarse si Tiñana no habría sido parte del patrimonio familiar del rey Pelayo y que éste era antes de su elección un rico propietario de la región central asturiana, razón por la cual fue tomado como rehén. Algún autor opina que Pelayo era, además, miembro de una familia que había gobernado el territorio de Asturias bajo los visigodos, quizás hijo de un duque.

Los musulmanes enviaron un Ejército, que no sería muy numeroso, para acabar con la rebeldía de Pelayo, centrada en la zona de Covadonga y Cangas de Onís. En su persecución, penetraron en el valle de Covadonga y fueron derrotados ante la cueva. Era, probablemente, el 28 de mayo de 722, como demostró Sánchez Albornoz. Enterado el gobernador Munnuza, se sintió inseguro en Gijón y trató de escapar, pero los seguidores de Pelayo, animados por la victoria de Covadonga, le persiguieron y derrotaron en "Olalies". El nombre de este lugar se conserva en Valdolayés, una vaguada situada próxima al lugar de Tenebréu (parroquia de Tuñón, concejo de Santo Adriano). Munnuza resultó muerto y ningún árabe o musulmán quedó ya en todo el territorio asturiano.

La victoria en Covadonga amplió los dominios de Pelayo al resto de Asturias y afianzó su liderazgo. Poco después, llegó a Asturias Alfonso, que era hijo del duque de los cántabros Pedro, y se casó con Ermesinda, hija de Pelayo, por iniciativa del líder astur, que con esa unión sellaba una alianza con el pueblo vecino. Aún ganó algunas batallas más en compañía de su yerno Alfonso, dicen las crónicas. En el 737 acabó sus días en Cangas de Onís y fue enterrado, junto con su esposa, Gaudiosa, en la iglesia de Abamia, próxima a Corao (Cangas de Onís), según tradición recogida por el obispo Pelayo de Oviedo en su "Crónica". Posteriormente, su cuerpo fue trasladado a la cueva de Covadonga.