Внутреннее ослабление Римского государства с успехом использовали соседние варварские племена, которые все чаще прорывали пограничные заслоны и совершали глубокие вторжения в римские земли. Особенно опасным становится натиск франков и аламанов на Рейне, готов на Дунае, персов (сменивших парфян в качестве лидера иранских племен) — в Месопотамии и Сирии. Лишь с большим трудом императорам — выходцам из Иллирии, суровым полководцам и искусным политикам Аврелиану (270—275 гг.) и Диоклетиану (284—305 гг.) удалось отразить варварские нашествия (по крайней мере на время), справиться с сепаратистскими движениями в провинциях и восстановить единство империи.
В особенности велико было значение деятельности императора Диоклетиана. Чтобы укрепить империю, ему пришлось провести реформирование всей существующей государственной системы, чем и был положен переход к следующей и последней фазе римской истории — периоду Поздней империи, или доминату (284—476 гг.). Среди преобразований Диоклетиана центральным было переустройство административного управления. Власть императора приобрела совершенно неограниченный, абсолютистский характер, а сам ее носитель стал величаться господином (dominus, откуда и обозначение всей системы — «доминат»). Более того, император официально был причислен к сонму богов, и его величали Iovius — «сын Юпитера». Для более надежного контроля над территорией империи, что могло быть достигнуто только приближением власти к местам, была создана сложная система соправительства — двух августов, которыми стали Диоклетиан и его старый соратник Максимиан, и их помощников — двух цезарей, которыми были назначены Галерий и Констанций Хлор. Между этими четырьмя высшими правителями было поделено реальное управление империей (откуда и название системы — «тетрархия»). Для укрепления государственной власти Диоклетианом были проведены реформы армии, налоговой службы, денежного обращения и др.
Этот политический курс был продолжен императором Константином Великим (306—337 гг.), который только в одном отступил от линии Диоклетиана: если тот в своей последовательной борьбе с оппозицией и инакомыслием был гонителем христианства, то Константин, считаясь с возросшим влиянием новой веры, не только допустил ее свободное исповедание (Миланский эдикт 313 г.), но и сделал ее официальной религией государства (после Никейского собора христианских епископов в 325 г.). Еще одним новшеством Константина было перенесение столицы государства на греческий Восток, где прочнее держались античные городские традиции, — в древний греческий город Византий, который теперь был переименован в Константинополь (330 г.).
Все эти меры, направленные на укрепление центральной власти и сохранение единства государства, безусловно, содействовали возрождению силы и престижа Римской империи, но, как оказалось, ненадолго. Остановить глубинные процессы разложения античного общественного строя, основой которого было изжившее себя рабство, как и поставить преграду нарастающему натиску варваров, было уже невозможно. После Константина империя продержалась еще около полутора веков, но, по существу, это было время все ускоряющейся агонии.
В 395 г., со смертью императора Феодосия, перестала существовать единая Римская держава: она разделилась на западную и восточную части, каждую со своим правителем и своей судьбой. К началу V в. натиск варваров на Рейне и Дунае стал неодолим, и их переселение затопило всю территорию Западной Римской империи. В 410 г. впервые подвергся разгрому старинный центр государства — город Рим: его взяли и разграбили готы. В 451 г. римлянам с большим трудом, лишь благодаря поддержке ряда германских племен (франков, бургундов и др.), удалось отразить страшное нашествие восточных варваров-гуннов во главе с Аттилой. Но уже четыре года спустя сам Рим вторично подвергся страшному разгрому: на этот раз он был взят вандалами. К этому времени власть римских императоров на западе стала совершенно призрачной, так что свержение вождем германских наемников Одоакром последнего римского императора Ромула Августула было всего лишь естественным завершением долгой исторической трагедии (476 г.).