Херсонес находился в ведении непосредственно префектуры Востока, а впоследствии – Византийской империи, хотя первоначально не входил в ее состав. Восточная Римская империя, заинтересованная в удобном стратегическом расположении Херсонеса, являвшегося наблюдательным пунктом Византии в Северном Причерноморье, постоянно оказывала городу политическую и материальную помощь, в частности содержала его тысячный военный гарнизон. В середине IV века в результате двадцатилетних войн остготами было создано громадное государство, включавшее в себя Восточную Европу и Северное Причерноморье, королем которого стал остгот Германарих. К этому же времени относится деятельность готского епископа Ульфилы, получившего это звание в Константинополе. Им был создан готский алфавит, на котором он сделал перевод Библии.

Источниками зафиксирован конфликт группы готских племен во главе с Атанарихом и византийского императора Валента в 365–369 годах, завершившийся миром.

В 350 году в Предкавказье появились гунны, которые к 370 году подавили сопротивление местных сарматских племен аланов и через обмелевший Керченский пролив прорвались в Северный Крым, попутно уничтожив Боспорское царство. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что в конце IV века на Керченском и Таманском полуостровах все поселения были полностью уничтожены, а крупные города сильно разрушены. На землях Боспорского царства появилось уже другое государство. Выйдя к Перекопу, гунны с вождем Баламбером появились в тылу войска готов, союзников алан, сосредоточившегося на Дону в ожидании гуннского вторжения. Остготы были разгромлены, и государство легендарного Германариха перестало существовать. Последней попыткой остготов вернуть независимость было сражение войска остготов во главе с вождем Винитарием с гуннами на нижнем Днепре в 375 году, закончившееся поражением остготов и гибелью их вождя. Северное Причерноморье стало принадлежать гуннам, в черноморских степях до 412 года находилась главная ставка гуннских вождей. У села Ново-Филиповка Мелитопольского района в «пещере колдуна» обнаружено погребение гуннского времени. Там найдены медные слитки, фрагменты медных сосудов, кузнечный инструмент, каменная наковальня, медная стружка, железные ручки котлов, стрела, зеркало. Аммиан Марцеллин писал: «Племя гуннов, о котором мало знают древние памятники… живет за Меотийскими болотами у Ледовитого океана и превосходит всякую меру дикости».

Часть остготов ушла к визиготам, часть – с гуннами дальше в Европу, часть – во владения Византийской империи. Большая часть готов через Керченский пролив прошла в горный Крым и присоединилась к крымским готам, жившим там со второй половины III века. Готы совместно с аланами по согласованию с византийцами расселились для защиты византийских владений и в окрестностях Херсонеса. При археологических раскопках у сел Скалистое и Лучистое обнаружены готское оружие и аланская керамика. Достоверно известно, что на осовремененном языке готов говорили в Крыму до XVII века. К концу IV века на Крымском полуострове больше не осталось греческих колоний-полисов, кроме Херсонеса. Греческие города-государства были разграблены неоднократными гото-гуннскими вторжениями.

Херсонес являлся главным опорным пунктом Византийской империи на Крымском полуострове весь Y век и в начале VI века. В связи с увеличением присутствия кочевников в Крыму в 488 году в Херсонесе византийцами были отстроены крепостные стены, разрушенные землетрясением, в городе находился гарнизон византийских войск. Сохранилось очень мало письменных свидетельств Y века, касающихся Крыма. Известно, что византийцы именовали Херсонес – Херсоном, он выполнял посреднические торговые функции по снабжению молодой империи хлебом и продовольствием, которые вывозились из Причерноморья и степного Крыма. Византийские торговые корабли имели в длину 25 метров, в ширину – семь и две палубы. Паруса арабского типа позволяли быстро маневрировать по ветру, и суда не нуждались в веслах. Византийские боевые корабли-дромоны имели в длину до 50 метров, в ширину – семь и могли развивать большую скорость. Суда были снабжены мощным тараном, вооружены катапультами, кидавшими зажигательные снаряды весом в полтонны на расстояние до километра. На дромонах находились огнеметы-сифонофоры, заливавшие корабли противника знаменитым «греческим огнем», состоявшим из гудрона, серы и селитры, растворенных в нефти, который горел даже при соприкосновении с водой. Корабли имели металлическую обшивку, защищавшую от таранов противника. В 527 году императором Византийской империи стал Юстиниан I, мечтавший расширить страну до прежних границ Римской империи. Первыми его известными действиями в Крыму были захват и восстановление Боспорского царства, территория которого была наиболее удобна для наблюдения за процессами, проходившими в Северном Причерноморье. В 529 году Юстиниан II принимал в Константинополе гуннского князя Горда и назначил его управлять Боспором. Горд начал с того, что перелил статуи местных божеств на монеты, за что и был убит взбунтовавшимся населением во главе с его братом Муагером. Позже царем Боспора стал потомок одного из бывших царей Тиберий Юлий Диуптун. В Боспоре расселились союзники византийцев – готы под командованием командора Эвксинского Понта (то есть Черного моря) Иоанна и офицеров-готов Годилы и Вадурия. Впоследствии Боспорское царство становится центром византийского административного округа.

К концу IV века на Крымском полуострове больше не осталось греческих колоний-полисов, кроме Херсонеса. Греческие города-государства были разграблены и уничтожены неоднократными гото-гуннскими вторжениями.

По приказу Юстиниана на Южном берегу Крымского полуострова была создана мощная оборонительная система, включавшая несколько опорных пунктов. Основными узлами обороны были построенные византийцами крепости Алустон (Алушта), Горзувиты (Гурзуф) и укрепленный пункт в Симболоне (Балаклава). В конце VI века у Судака существовало византийское береговое укрепление. Византийский историк Прокопий Кесарийский писал: «Что касается городов Боспора и Херсона, которые являются приморскими городами на том же берегу Эвксинского Понта за Меотидским болотом, за таврами и тавроскифами, и находятся на краю пределов Римской державы, то, застав их стены в совершенно разрушенном состоянии, Юстиниан сделал их замечательно красивыми и крепкими. Он воздвиг там и два укрепления, так называемое Алустон и в Горзувитах. Особенно он укрепил стенами Боспор; с давних времен этот город стал варварским и находился под властью гуннов; император вернул его под власть римлян. Здесь же, на этом побережье, есть страна по имени Дори, где с древних времен живут готы, которые не последовали за Теодорихом, направлявшимся в Италию. Они добровольно остались здесь и в мое еще время были в союзе с римлянами, отправлялись вместе с ними в поход, когда римляне шли на своих врагов всякий раз, когда императору было это угодно. Они достигают численностью населения до трех тысяч бойцов, в военном деле они превосходны, и в земледелии, которым они занимаются собственными руками, они достаточно искусны; гостеприимны они больше всех людей. Сама область Дори лежит на возвышенности, но она не камениста и не суха, напротив, земля очень хороша и приносит самые лучшие плоды. В этой стране император не построил нигде ни города, ни крепости, так как эти люди не терпят быть заключенными в каких бы то ни было стенах, но больше всего любили они жить всегда в полях. Так как казалось, что их местность легко доступна для нападения врагов, то император укрепил все места, где можно врагам вступить, длинными стенами и таким образом отстранил от готов беспокойство о вторжении в их страну врагов». Это и была область Мангупа, ставшего позже столицей православного крымского княжества Феодоро.

В течение VIII века усилившаяся Хазария интенсивно укреплялась в степном Крыму. На Крымском полуострове расселилась хазарская знать. В это же время началась интенсивная иммиграция на Крымский полуостров византийских монахов и греков – иконопочитателей из Малой Азии. Крым, бывший окраинной провинцией Византии, представлял собой хорошее убежище от преследований имперского правительства, искоренявшего в тот период монастыри и уничтожавшего иконы. «Впоследствии греческое население Крыма составили античные греки – жители греческих городов-колоний, греки средневековые, образовавшиеся в результате ассимиляции тавров, скифов и сарматов, спрятавшихся в Крыму от гуннского нашествия, и греки архипелагские, переселенные в Крым по решению российского правительства в конце XVIII века для пограничной службы. В конце VIII века в Крыму бежавшими из Византии монахами были созданы пещерные монастыри и храмы. Наиболее богатым был монастырь Апостолов, построенный в этот период на восточной стороне Медведь-горы. Известны крупный пещерный монастырь в Инкермане, базилика на холме Тепсень в Коктебеле, монастыри в окрестностях Белогорска, у села Терновки, Успенский монастырь у Чуфут-Кале. В Крымских горах – Мангуп-Дорос, Каламита-Инкерман». Так писали русские историки 1880-х годов. Население Крыма, особенно на Керченском полуострове, значительно возросло, изменился его этнический состав. Экономическое положение Крыма стабилизировалось, увеличилось сельскохозяйственное производство, выросла внешняя торговля. Обычный жилой сельский дом VIII века строился на каменном фундаменте из дерева, обмазанного глиной, и с соломенной крышей. Дом состоял из жилого и хозяйственного помещений с открытым очагом на земляном полу. Подобные дома найдены в Байдарской долине, у рек Качи и Бель-бека, у Коктебеля. На Крымском полуострове производилась почти вся нужная населению керамика. В Крыму было несколько гончарных центров – в урочище Чабан-Куле и Канакской балке недалеко от села Морского, над Мисхором, у села Трудолюбовка вблизи Бахчисарая. В Чабан-Куле раскопано более двадцати двухъярусных гончарных печей, представляющих собой сложные технические комплексы из обожженных кирпичей размерами до четырех метров в ширину и до пяти в высоту. Произведенные посуда и черепица продавались не только по всему Крыму, но и по всему Северному Причерноморью.