君士坦丁三個兒子之間的鬥爭再次破壞了帝國的統一和完整，君士坦提烏斯、君士坦斯和君士坦丁三兄弟把這個龐大帝國劃爲三部分：君士坦提烏斯佔有色雷斯和東方地區;君士坦斯領有意大利、阿非利加及西伊裏裏康;而長兄君士坦丁則擁有新首都。經過三年的頻繁內戰，除去了一個奧古斯都——君士坦丁，他在340年3月對他兄弟君士坦斯的戰鬥中陣亡。長時間的內戰大大消耗了帝國的力量，羅馬各皇帝之間的鬥爭終於引發了羅馬和波斯之間的大規模混戰，這場混戰使得一個已經在亞美尼亞統治了56年的基督教王國全被毀滅。
350年2月，君士坦斯死在野心家麥克南提烏斯之手，於是帝國西部一度爲這位跋扈軍人和維庭尼俄所分割。353年，在維庭尼俄被廢和麥克南提烏斯敗死後，君士坦提烏斯成爲整個帝國真正的皇帝。他把君士坦丁大帝的兩個侄子哥爾斯及朱理安先後封爲愷撒。後來哥爾斯受到他的猜疑，於354年被處死，朱理安則於361年繼承皇位。
曾經接受過哲學教育，並在一系列對日耳曼遊牧民族的戰爭中顯示出軍事才能的天才人物朱理安登上了皇位。如果他生在其他的時代，定能對這個帝國進行一番改革的。少年時代的苦難生活使他對於基督和君士坦提烏斯這樣的名字以及奴隸和宗教的意義難以忘懷，可是當他20歲的時候，毫不猶豫地拋棄了基督教，並轉而信奉異教。
朱理安的繼位使基督教徒感到害怕和憤慨。他吸取了歷史的教訓，在深思熟慮之後，決定給予羅馬帝國全體居民信仰自由的平等權利，對於基督徒還有一些限制，但僅限於取消他們用偶像崇拜和異教徒的罪名來懲罰信徒並加以迫害的權利。
爲了重建和改革古老的宗教制度，朱理安試圖去破壞基督教。他向受到迫害的猶太人伸出了援助之手，請求教會允許他去聖城耶路撒冷敬獻感恩誓言，後來因爲一種阻撓(他認爲這種阻撓來自神意)，他纔沒有重建聖殿。他剝奪了亞歷山大大主教喬治的權力，因爲這位大主教曾殘忍地迫害和欺騙他統轄教區裏的無辜教民，這位在英格蘭因迷信而被人們尊爲聖喬治(豪俠行爲和高尚品德的保護者)的卑鄙主教，終於被亞歷山大憤怒的羣衆殺死。
具有哲學頭腦的朱理安對戴克裏先效法波斯式君主制的做法深感不滿，他拒絕接受主上或皇上之類的頭銜，而試圖恢復古羅馬共和國政府的樸素政體。在與波斯人的一次作戰中，他受了致命傷，此後他向士兵發表了一席具有哲學特徵的演說。在這次演說中，他談到了關於靈魂本質的形而上學問題，講完之後這位非凡的人物便於363年6月26日死去，年僅32歲，實際在位僅兩年。
朱理安死後，他的侍從官朱維安經軍隊口頭推舉，被定爲皇位的合法繼承人，但他後來和波斯人簽訂的一項屈辱和約卻激起了帝國各階層普遍的抱怨和憤慨，在這個屈辱和約簽訂後不到九個月，這位新皇帝便於364年2月17日死去了。經歷了10天沒有皇帝的日子之後，帝國的行政和軍事當局纔在俾斯尼亞的尼開亞鄭重地推選法倫庭尼爲帝國新皇帝。
這位新奧古斯都和他的弟弟法倫斯把這個龐大的帝國分爲兩部分，整個羅馬帝國便分爲了東羅馬帝國和西羅馬帝國。東部從多瑙河下游直到波斯邊境由法倫斯統治，而法倫庭尼則擁有帝國其餘的領土——從希臘的最邊端到喀利多尼亞城堡，再從這個城堡直到亞特拉斯山下。在375年法倫庭尼死去之前，這種情況都沒有改變。儘管在這段時期內，東方爆發了以普羅科皮烏斯爲首的叛變，並幾乎取得成功。法倫庭尼死後，西羅馬帝國的領土被他的兩個兒子格拉提安和法倫庭尼二世瓜分。
法倫庭尼在位期間，值得一提的重大事件是阻止了高盧人阿里曼尼的侵略;擊退了勃艮第人和薩克遜人的入侵;打敗闢克特人與蘇格蘭人從而恢復了不列顛;並命大將西奧多西收復了阿非利加行省;另外還通過外交途徑，與已經在帝國邊境上屯兵準備入侵的哥特人達成了和解。
在三位皇帝的統治期內，羅馬帝國逐漸開始感到野蠻民族西遷所帶來的巨大壓力。376年，哥特人因爲受到來自中國草原的匈奴人的攻擊，向法倫斯求救，法倫斯讓他們渡過多瑙河，進入羅馬帝國的領土。可是這批哥特人卻以德報怨，竟聯合匈奴人的力量進攻帝國，378年他們在哈德里阿那堡擊敗並殺死了法倫斯。
爲了從野蠻民族的鐵蹄下拯救出東羅馬帝國的幾個省份，格拉提安任命他父親手下一位大將的兒子西奧多西爲東羅馬帝國的皇帝，事實證明這是一個英明的決定，西奧多西取得了成功，爲奧古斯都的稱號增光添彩。他穩紮穩打、步步爲營，在分散了哥特人的兵力之後迅速擊敗了他們，並迫使他們投降。可是由於格拉提安在討伐不列顛叛變的馬克西麥斯的戰鬥中戰死，西奧多西不得不暫時拋開對蠻族的戰爭，轉而討伐反叛者。
在擊敗格拉提安不久之後，馬克西麥斯不久又妄想廢掉西羅馬帝國另一位皇帝法倫庭尼二世，自己登基做皇帝。可是由於西奧多西支持法倫庭尼二世，馬克西麥斯的陰謀沒有成功。在戰場上失敗之後，他於388年6月在阿揆雷亞附近被處死。392年5月，法倫庭尼二世被法蘭克人阿波格斯特斯殺害，而尤金尼烏斯的短期篡位，結束了帝國的內戰。西奧多西統治帝國時期，在許多領域進行了多項卓有成效的改革，他死於395年1月17日。
西奧多西死後，他的兩個兒子阿卡第烏斯和昂納里斯分別繼承了東西羅馬帝國的皇位。即使西奧多西那樣的賢明統治者，也阻止不了整個帝國衰落的趨勢，此時，這一趨勢更加明顯。羅馬人的生活愈來愈奢侈和放蕩，野蠻民族的經常性掠奪使羅馬的工業難以發展並消耗了帝國的大量財富，這時人們自然會形成“今朝有酒今朝醉”的享樂思想，他們心中只有悲觀絕望的念頭。那個時代無孔不入的腐化和墮落也大大影響了羅馬軍團的戰鬥力，步兵丟下了他們的盔甲和盾牌，驚惶失措地迎擊哥特人的騎兵和蠻族的利箭，面對那些不穿盔甲、手不持盾、再也不配稱爲羅馬人的羅馬軍隊，入侵的敵人當然輕而易舉地取得了勝利。沒有鬥志、失去戰鬥力的軍團徹底放棄了他們自己和國家的防線，軍隊的腐化墮落可以說是羅馬帝國崩潰的直接原因。
