伊利里亚诸帝

加里恩努斯改革军事后不到一年就被部下杀死，克劳狄二世即位。他先是打败了阿拉曼尼人，后来又击败了一支强大的哥特人军队，有“哥特征服者”的称号。克劳狄二世在270年死于瘟疫后，奥勒良即位，是他将罗马帝国重新统一，称号“世界光复者”。他在潘诺尼亚再次重创哥特人，结束了哥特人的入侵。接着又率军东征，从巴尔米拉手里收复了小亚细亚和叙利亚，随后攻进了巴尔米拉城，俘虏了巴尔米拉的女王奇诺比亚，在273年将巴尔米拉城夷为平地。同年，奥勒良击败了高卢帝国的君主泰-(特里)-库斯一世，将高卢、不列颠和西班牙重新并入帝国。在凯旋式上奥勒良展示了奇诺比亚和泰特里库斯。为了加强防守，奥勒良为罗马新建了一道长20公里，高6米的城墙，并放弃了达西亚，以便利用多瑙河天险防守。275年，奥勒良在出征波斯时被杀，元老院选举塔希图斯为帝，这是最后一次元老院推举皇帝。塔希图斯在位一年就被杀害，军队推出普罗布斯为帝，普罗布斯粉碎了日耳曼人分三路对高卢的入侵，并将汪达尔人驱逐出巴尔干半岛。282年，普罗布斯被杀后，即位的卡鲁斯在北方再次打败日耳曼人，并进攻波斯，一度占领了泰西封。283年卡鲁斯暴死后，弟弟卡里努斯继位。284年，近卫军长官戴克里先造反，在贝尔格莱德附近击败了卡里努斯，成为了帝国的统治者。

四帝共治

戴克里先称帝后，将元首制改为君主制。君主头戴皇冠、身穿名贵丝袍、浑身上下金银珠宝，臣民需对君主行跪拜礼。另外，君主被当作神来崇拜，比如戴克里先就自称朱庇特化身。另外戴克里先实行四帝共治，东西部各有两帝，一为正职，称奥古斯都，一为副职，称凯撒，最高权力属戴克里先。并且规定，副职为正职的养子和女婿，正职在位20年，须让位给副职。就这样，东方奥古斯都戴克里先驻尼科米底，统治色雷斯、东方、亚细亚、埃及和本都，凯撒伽列里乌斯驻塞萨洛尼基，统治马其顿、默西亚。西方奥古斯都马克西米安驻米兰，统治意大利、雷蒂安、伊利里亚和阿非利加，凯撒君士坦提乌斯一世驻特里尔，统治不列颠、高卢和西班牙。戴克里先还缩小行省的规模，划分了100多个行省，并设立了行政区，十几个行省为一行政区，地方总督不任军职。

戴克里先改革军事，将军队分为边防军和巡防军，边防军用于抵抗外部入侵，巡防军用于镇压人民起义和造反的军队。他还缩小军团规模，增加军团数量，以便调度，由于戴克里先四分帝国，每个皇帝都有大量士兵，这大大加重了帝国的经济负担。所以，戴克里先又实行新税制，人头税方面，规定成年男子为一头，女子为半头，土地税方面按粮田或果园的类型以及面积征税，城市居民方面按各种行业征税，另外官吏、退役老兵、奴隶免税。为了保证税源，戴克里先颁布法律，不许农民自由迁徙以及手工业者、商人等不得改行，甚至规定必须子承父业。戴克里先还改变币制和调整物价，但都不成功。

戴克里先在位20年后，于305年退位，同时马克西米安也退位。在西方，即位的君士坦提乌斯一世仅在位一年多，就在不列颠去世，儿子君士坦丁一世即位。君士坦丁一世即位时只占不列颠和高卢，其余地区在马克西米安的儿子马克森提乌斯的控制之下。312年，他击败了马克森提乌斯，统一了西方。在东方，伽列里乌斯在311年去世后，即位的李锡尼乌斯击败了占有埃及和部分亚洲领土的马克西密努斯·代亚，统一了东方。313年，君士坦丁一世和李锡尼乌斯颁布了米兰敕令，宣布基督教合法。314年，两人爆发了冲突，未分胜负。323年，两人再战，李锡尼乌斯战败，君士坦丁成为了帝国的唯一统治者。

君士坦丁王朝

君士坦丁大帝开始统治时便在帝国各地疲于奔命，他采取了类似于戴克里先的办法，任命三个儿子君士坦丁二世、君士坦提乌斯二世、君士坦斯为凯撒，各统治帝国的一部分。君士坦丁统治巴尔干和黑海地区，君士坦丁二世统治西班牙、高卢和不列颠，君士坦提乌斯二世统治东方和埃及，君士坦斯统治意大利和阿非利加。君士坦丁改革行政区划，将全国分为四个大行政区，下为行政区，再下为行省。在经济方面，他继续戴克里先的政策，规定职业世袭和并将农民固定在土地上，并颁布法律重申奴隶主有权杀死奴隶。军事方面，君士坦丁废除近卫军，以帕拉丁骑兵卫队取代，并大量招募蛮族进入军队。君士坦丁以恐怖手段强行招兵，拒不当兵的可能会被处死。君士坦丁另外又大兴土木，在博斯普鲁斯海峡旁修建新都君士坦丁堡，号称新罗马。君士坦丁堡的建造花费无数，经6年直到330年才初步建成。在宗教方面，君士坦丁在325年召开尼西亚会议，确定了许多基督教基本教义，并将阿里乌斯派斥为异端。337年，君士坦丁病重，在死前他接受了洗礼。

君士坦丁一死，罗马帝国马上就爆发了争夺帝位的混战，君士坦丁二世、君士坦斯、马格嫩提乌斯先后被杀，353年君士坦提乌斯二世成为了唯一的统治者。361年，君士坦提乌斯二世的堂弟背教者朱利安造反，君士坦提乌斯二世在征讨朱利安时死去，朱利安取得政权。朱利安受新柏拉图主义影响，上台后就实行反基督教政策，大力扶助多神教，以及犹太教和基督教异端，大肆攻击基督教，教堂被焚毁和抢劫，基督徒被赶出军队和学校，朱利安本人还写书攻击基督教。在其他方面，朱利安在经济上取得了成功，制止了通货膨胀。在军事上击败了日耳曼人，并入侵波斯，占领泰西封。363年，朱利安在波斯阵亡。即位的约维安取消了朱利安的反基督教政策。

瓦伦蒂尼安王朝

364年，多瑙河军官瓦伦提尼安一世被军队立为皇帝，接着他把东部的帝国分给弟弟瓦伦士。瓦伦提尼安一世驻米兰，瓦伦士驻君士坦丁堡。376年，瓦伦提尼安一世去世，瓦伦提尼安二世继位。378年，瓦伦士在亚德里亚那堡于哥特人的作战中阵亡，随后东部由格拉蒂安和狄奥多西共治。格拉蒂安在383年死去，狄奥多西与哥特人讲和，允许他们在境内定居，参加军队和担任官吏。他又让西部的瓦伦提尼安二世让给他一片土地，在388年他击败了西部的篡位者马格努斯·马克西穆斯和弗拉维乌斯·维克托父子。392年，瓦伦提尼安二世在维也纳被杀。

狄奥多西王朝

狄奥多西一世在392年瓦伦提尼安二世被杀后，宣布基督教为国教，反对一切异教和异端。狄奥多西一世在394年击败了西部的篡位者欧根尼乌斯后，成为了帝国的唯一统治者，这是罗马帝国的最后一次统一。395年狄奥多西去世，他把帝国一分为二，东部分给长子阿卡狄乌斯，西部分给幼子霍诺里乌斯。