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。在公元300年，罗马统治下的人口只有4000万人。
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。
君士坦赌革行政区划，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，全面提高了罗马军队的战斗力。
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，但凭借其特殊的地理环境和战略地位，君士坦丁堡的稳固成为了东罗马帝国历经千年不倒的重要原因。
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，他的一系列举措为日后基督教在欧洲占据统治地位奠定了基础。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。
364年，约维安中毒身亡，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。此年的罗马统治下的人口有3600万人。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。
东西罗马帝国分裂后，哥特人首领阿拉里克在东北亚游牧民族匈奴族人的强大压力下不断入侵罗马帝国。而东西罗马帝国不是团结起来一致抗敌，而是坐视阿拉里克强大，希望他去攻击对方。
405年冬，阿拉里克和匈奴联军突破了罗马帝国的莱茵河防线，罗马并无有效的抵抗