В 626 г. до н. э., после смерти представителя ассирийской власти на вавилонском троне Кандалану, в стране начались волнения, направленные против чужеземного владычества, которые возглавил Набопаласар, один из халдейских вождей, который, по его собственным словам, до этого был «маленьким человеком, неизвестным народу». Он возобновил союз халдейских племен с эламитами и после этого напал на вавилонский город Урук, где размещался крупный ассирийский гарнизон. Это нападение окончилось безуспешно, и театр войны был перенесен на Ниппур, жителям которого во время многомесячной осады пришлось продавать своих детей в рабство, чтобы спасти их от голодной смерти. Ассирийцам удалось снять блокаду этого города, но тем временем 25 октября 626 г. до н. э. Набопаласар был официально признан царем в Вавилоне и основал нововавилонскую (или халдейскую) династию, по которой последующий период его истории именуют Нововавилонским (Халдейским).

Однако ему предстояло вести долгую и жестокую войну с Ассирией. В 616 г. до н. э. он захватил Урук, а через год и Ниппур. В том же году военные действия были перенесены на коренную территорию Ассирии. Однако вавилонянам не удалось захватить старую ассирийскую столицу Ашшур, и они отступили с большими потерями. Но вскоре у них нашелся могущественный союзник — Мидия.

В 614 г. мидийский царь Киаксар направился к самому крупному городу Ассирии Ниневии и окружил ее. Осада ее окончилась неудачей, но мидийцам удалось захватить Ашшур. Пока шли военные действия между обеими сторонами, Набопаласар не спешил на поле боя, однако после падения Ашшура он заключил союз с мидийцами, укрепив его династическим браком между своим сыном Навуходоносором и Амитидой, дочерью Киаксара. Затем объединенные силы мидийцев и вавилонян осадили Ниневию. В августе 612 г. до н. э. город был захвачен, разграблен и разрушен. Еще некоторое время продолжались военные действия, но в 609 г. до н. э. Ассирийская держава прекратила свое существование, и ее главной наследницей на обширной части Ближнего Востока стала Вавилония.

При разделе добычи между победителями коренная территория Ассирии и область Харран (в Верхней Месопотамии) достались мидийцам, а остальные земли захватили вавилоняне. На всем Ближнем Востоке теперь остались всего лишь три крупные державы: Мидия, Вавилония и Египет. Пока Мидия была занята завоеваниями на востоке Ирана, Вавилония сосредоточилась на войне с Египтом. Весной 607 г. до н. э. Набопаласар передал командование войском Навуходоносору, а сам занялся внутренними государственными делами.

Весной 605 г. до н. э. вавилонское войско напало на Каркемиш на Евфрате, где был расположен сильный египетский гарнизон, а также значительный отряд греческих наемников. В результате жестокой битвы город превратился в пылающие руины, а египетский гарнизон был полностью истреблен. После этого Сирия и Палестина без сопротивления сдались вавилонянам. В августе 605 г. Навуходоносор, будучи в Сирии, получил весть о смерти своего отца. Он спешно направился домой и 7 сентября стал царем (605–562 гг. до н. э.).

Пока он продолжал свои завоевания в других странах, в 598 г. до н. э. царь Иудеи Иоаким, побуждаемый фараоном Нехо, отпал от Вавилонии. Навуходоносор осадил Иерусалим и 16 марта 597 г. до н. э. захватил его. Теперь царем там был назначен Седекия. В декабре 595 — январе 594 г. до н. э. в самой Вавилонии вспыхнули волнения, по-видимому, исходившие от армии. Руководители мятежа были захвачены и преданы суду. До нашего времени сохранился протокол судебного процесса над одним из заговорщиков, дело которого было рассмотрено военным судом под председательством самого царя. Подсудимый был обвинен в государственной измене, нарушении присяги и казнен, а имущество его конфисковано.

Тем временем египетский фараон захватил финикийские города Газа, Тир и Сидон, а также уговорил иудейского царя Седекию поднять восстание против Навуходоносора. Однако последнему удалось оттеснить египетское войско к своей границе и после 18-месячной осады в 587 г. до н. э. захватить Иерусалим. Иудейское царство было ликвидировано, и страна превращена в рядовую провинцию Вавилонской державы. Более 10 тыс. жителей Иерусалима во главе с царем Седекией увели в вавилонский плен. Затем Навуходоносор осадил Тир, жители которого в течение тринадцати лет (до 574 г. до н. э.) оказывали ему сопротивление.

После смерти Навуходоносора в 562 г. до н. э. в Вавилонии в течение пяти лет сменилось три царя, пока в августе 559 г. трон не захватил Нергал-шаруцур (Нериглиссар), зять Навуходоносора. После его смерти на трон воссел его малолетний сын Лабаши-Мардук, которого, однако, через три года убили заговорщики.

Наконец, престол достался Набониду 556–539 гг. до н. э., который, в отличие от своих халдейских предшественников на троне, происходил из арамейской среды. Его деятельность нашла отражение во многих источниках, относящихся к разным периодам, включая кумранские рукописи I в. до н. э.

Некоторые из текстов относятся ко времени захвата Вавилонии персами в 539 г. до н. э. (см. ниже) и содержат обвинения в его адрес в богохульстве и невежестве.

Например, в известном Цилиндре (надписи на глиняной табличке) персидского царя Кира Набонид обвиняется в преступлениях против вавилонских храмов и народа. Однако Набонид был трезвым политиком, который стремился создать прочную державу, объединив арамейские племена против предстоящей опасности со стороны нового врага — Персии. При этом он претендовал на то, что является хранителем древних вавилонских традиций. Хотя он поклонялся Мардуку, Набу и другим месопотамским богам, на первое место стал выдвигать культ бога Луны Сина, который пользовался исключительной популярностью среди арамейских племен. Это привело его к конфликту с жречеством вавилонских храмов, поскольку бог Луны Набонида на самом деле не был традиционным вавилонским богом, а скорее по формам поклонения принадлежал к арамейским богам, и его Набонид стремился поставить во главе вавилонского пантеона.

Набонид в течение многих лет проводил активную политику, стремясь объединить вокруг себя многочисленные арамейские племена. В 553 г. до н. э. он захватил Харран, ранее принадлежавший мидийцам, и велел восстановить там полностью разрушенный в 609 г. до н. э. во время войны с ассирийцами храм бога Сина. Набонид также целых десять лет был занят завоеваниями в Северной части Центральной Аравии. Эти области представляли большой экономический интерес для Вавилонии, поскольку обеспечивали удобный торговый путь через оазис Тема в Египет.

К 546 г. до н. э. долгое соперничество между Египтом и Вавилонией прекратилось: обеим странам стала угрожать опасность со стороны Персии. Но оставшаяся без союзников Вавилония не могла долго сопротивляться огромной и хорошо вооруженной армии новой мировой державы. В октябре 539 г. до н. э. Вавилония была захвачена персами и после этого навсегда утратила независимость

Нововавилонское царство стало временем подлинного возрождения, экономического расцвета и культурного развития. В административном отношении страна была разделена на ряд провинций. Чиновники государственного аппарата получали жалованье нечеканным серебром, а также натурой (зерном, финиками, шерстью и т. д.).

Уже в период ассирийского владычества население Месопотамии отличалось этнической пестротой. Позднее, при нововавилонских и особенно ахеменидских царях, в стране еще больше возросло количество людей чужеземного происхождения. Особо следует отметить арамеев, которые стали преобладающим населением в некоторых регионах и обитали бок о бок со старыми местными жителями. Кроме того, в ахеменидское время в Месопотамии были организованы целые округа военных поселенцев. Например, в окрестностях Ниппура и в самом этом городе каждой этнической группе выделялась особая территория. Как видно из частноправовых документов, колонисты вступали друг с другом и с представителями местного населения в деловые отношения и заключали смешанные браки. Чужеземцы постепенно ассимилировались местным населением и переходили на вавилонский диалект аккадского языка и на арамейский, который быстро распространялся по всей стране в качестве разговорного наречия.