Упоминаемые в литературе примеры использования двуглавого орла в Византии до палеологовской эпохи относятся к разряду апокрифических. Так, Соловьев (Α. V. SOLOVJEV LES EMBLÈMES HÉRALDIQUES DE BYZANCE ET LES SLAVES// Seminarium Kondakovianum-07 (1935)), критикует барона Кёне, который приводит в качестве достоверных свидетельств древности использования этого символа изображения в монастырях Эсфигмен, Иверон и Ватопедском. Он полагает, что тройные короны на головах орлов в этих монастырях свидетельствуют об их позднем происхождении.
Барельеф с двуглавым орлом в церкви Дафни (XI век), Ламброс относит к XV веку. Двуглавые орлы в храмах на островах Андрос, Тинос и Парос, которые традицией относятся ко времени Комнинов, по мнению Adamantiou, являются копиями российского двуглавого орла и потому не могут датироваться периодом ранее конца XVIII века. В 1824 году было объявлено об обнаружении двуглавого орла на могиле Анны Конминой в монастыре Панмакаристы, но как показал тот же Ламброс, еще в 1608 году его там не было.
Сам Соловьев ссылается на трактат Константина Багранородного «О церемониях», в котором упоминаются двуглавые орлы на императорских сапогах. Однако были ли они одноглавыми или двуглавыми автор не упоминает? Хотя поздняя традиция говорит в пользу двуглавых орлов, в самом тексте нет никакого намека на это.
Первое задокументированное появление двуглавого орла в Византии - саркофаг Анны Мелиссины.
Анна Комнина Дука Палеологиня Филантропина (+ около 1280) дочь Иоанна Дуки Палеолога, племянника императора Михаила VIII, жена Николая Мелиссина, аристократа из Фессалии. Ее саркофаг, который хранится в храме Богородицы в Ано Валос, представляет собой шедевр поздневизантийской скульптуры. Саркофаг вырезан из блока серого мрамора. Его изучали N. Giannopoulos, G. Millet, G. Sotiriou, А. Грабар и T. Pazaras. Последнему принадлежит реконструкция изначального вида памятника, который до нашего времени дошел во фрагментарном состоянии.
Саркофаг декорирован резными изображениями, в числе которых процветший крест, птицы на дереве, крылатый грифон, растительные мотивы. На задней и передней стенках - вырезан двуглавый орел, держащий в когтях змеевидных драконов.
Большинство авторов не считает, что двуглавый орел на этом саркофаге носит геральдический характер, и связывают его изображение с восточными влияниями. (Обзор мнений: Pascal Androudis. À propos des motifs d'allure orientale du sarcophage d'A. Maliassenè// BYZANTIAKA, 20. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2000).
Однако стоит отметить, что время изготовления саркофага всего на 15 лет опережает сообщение Liber Pontificalis об одеяниях (de panno) «императоров Романии» с двуглавыми орлами (Paschalis Androudis Sur quelques emblèmes héraldiques à Constantinople (XII-XV siècles// ΠΕΡΙ ΘΡΑΚΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΙΚΗ ΕΚΔΟΣΗ -р.19). Это означает, что к последнему десятилетию XIII века традиция использования этого символа как знака императорской власти уже была хорошо известна, хотя у нас и нет материальных подтверждений в виде памятников с датировкой ранее рубежа XIII-XIV веков.
Еще один интересный памятник, хотя и относится к более позднему периоду, позволяет связать двуглавого орла с императорским домом Никеи. Дочь императора Никеи Феодора II Ласкариса Евдокия вышла замуж за португальского аристократа Гильермо Пьера де Вентимилья, синьора ди Тенда. Саркофаг ее дочери «доны Ватацы» в соборе Se Velha à Coibre украшен изображениями двуглавых орлов. Дона Ватаца Ласкарина умерла в 1336 году. Надпись на саркофаге: HEIC SITA IS BATAZA Imperatoris GRAECIAE NEP(0)TIS. Возможно, что двуглавых орлов можно рассматривать здесь как геральдическую эмблему императорского дома Никеи. Но не исключено, что португальский скульптор использовал их для того, чтобы просто подчеркнуть связь покойной с Византийской империей, где
двуглавый орел к этому времени был достаточно распространен.