L’anarchia militare terminò soltanto nel 285 d.C., con l’ascesa al potere del generale illirico Diocleziano (285-305 d.C.). Egli operò per ristabilire un qualche ordine nell’Impero: elaborò il sistema della tetrarchia per controllare i territori orientali e occidentali dell’Impero. Associò al trono Massimiano, e, più tardi, Galerio e Costanzo I Cloro. Divise così l’Impero in quattro zone. Riorganizzò poi il territorio in dodici diocesi e cento province. Oltre alla riforma politico-amministrativa, sviluppò un nuovo sistema fiscale, e attuò la riforma dell’esercito, aumentando il numero di soldati per rafforzare la difesa dei confini.
Il sistema della tetrarchia ebbe vita breve: a pochi anni dall’abdicazione di Diocleziano, scoppiarono conflitti per la successione, che videro progressivamente emergere la figura di Costantino (306-337 d.C.) come unico imperatore. Costantino promulgò nel 313 d.C. l’Editto di Milano, che mise fine alle persecuzioni dei cristiani, riconoscendo loro la libertà di culto. Intanto il centro dell’Impero andava spostandosi verso Oriente, tanto che nel 300 d.C. Costantino trasformò Bisanzio – ribattezzata Costantinopoli – nella nuova capitale dell’Impero.
Dopo la morte di Costantino, nel 337 d.C., salirono al potere i suoi tre figli. Seguirono due anni di regno dell’imperatore Giuliano (361-363 d.C.), che cercò invano di ripristinare il paganesimo. L’imperatore Teodosio (379-395) salì al potere nel 379, e dovette affrontare l’avanzata delle popolazioni germaniche: nel 378 d.C. fu sconfitto ad Adrianopoli dai goti. Nel 380 d.C., con l’Editto di Tessalonica, dichiarò il cristianesimo religione di Stato. Alla sua morte nel 395, l’Impero venne definitivamente diviso in Impero romano d’Occidente e Impero romano d’Oriente.