Po Konštantínovej smrti sa ríša rozdelila medzi jeho troch synov (Východ; Afrika a Itália a Ilýria; Západ). Po konfliktoch sa napokon jeden z nich, Constantius II., stal pánom celej ríše (350-361). Po ňom nasledoval Julianus Apostata (361-363), ktorý začal vojnu s Peržanmi a usiloval o návrat k tradičnému náboženstvu, ktoré upadalo. Peržanov dokázal poraziť, no jeho nástupca Jovianus (363-364) vojnu s Peržanmi ukončil, a aby sa mohol sústrediť na boj na západe, odstúpil Peržanom časť Mezopotámie, Arménsko a iné územia a ukončil uctievanie starého náboženstva. Po jeho smrti bol povolaný na trón Valentinianus (364-375), ktorý si hneď zvolil za spoluvládcu brata Valensa (364-378) vládnuceho a bojujúceho na východe. Valentianus bojoval s Germánmi a v Británii. Roku 375 na výprave proti Kvádom, ktorá sa skončila podpísaním mieru, pod jeho vedením Rimania posledný raz vstúpili na územie Slovenska. 17. novembra 375 na tejto výprave cisár zomrel pri Komárne. Zomrel práve vo chvíli, keď na východe vpadli do Európy Huni a začali tlačiť na germánske kmene, čím vyvolali Sťahovanie národov a úplne zmenili chod celých ľudských dejín.

Nástupcom Valentiniána na západe sa stal Gratianus (375-383, už od roku 367 Valentiniánov spoluvládca), ktorému sa podarilo stabilizovať hranicu na Rýne (až do roku 406) a ktorého vojsko donútilo prijať za spolucisára na západe Valentiniana II. (375-392). Cisár Valens na východe zatiaľ bojoval s Peržanmi a Gótmi a neprozreteľne roku 376 Vizigótom dovolil usadiť sa na území ríše. Rimania ich však vydierali prehnanými cenami a Vizigóti sa vzbúrili. Roku 378 zomrel pri Adrianopole v boji s Vizigótmi. V tejto bitke padla elita rímskej armády, ktorá sa už nikdy nevspamätala. Vizigóti sa nato rozptýlili po celom Balkánskom polostrove. Ostrogóti sa zas usadili v Panónii (dnešné západné Maďarsko). Gratianus menoval novým spoluvládcom na východe cisára Theodosia (379-395). Tento Gótov porazil a ich začal hromadne usadzovať ako spojencov Ríma v hraničných oblastiach ríše, čo postupne viedlo ku germanizácii rímskeho vojska i vedúcich osobností ríše. Roku 380 povýšil kresťanstvo z Ríma za povinné náboženstvo všetkých občanov a prvýkrát zákonom definoval pojem katolícky. V roku 392 vydal edikt, v ktorom zakázal akékoľvek prejavy pohanstva. Nasledovalo krvavé prenasledovanie iných vyznaní a náboženská občianska vojna na východe. „Pohanské“ grécke Olympijské hry sa posledný krát konali roku 393, delfská veštiareň bola zničená. Theodosius sa po vzburách na západe - a z toho vyplývajúcej smrti Gratiana (383) a Valentiniana II. (392) a krátkej vláde Eugenia (392-394) na západe - na päť mesiacov stal jediným vládcom celej Rímskej ríše (394 - 395).

Theodosius krátko pred smrťou v januári roku 395 definitívne rozdelil ríšu medzi svojich synov. Aj keď oficiálne došlo len k administratívnemu rozdeleniu, tak ako to urobil už Dioklecián, a ešte dlho ostali mnohé spoločné prvky medzi oboma územiami (napr. spoločný vrchný veliteľ rímskeho vojska; právny pojem rímska ríša existoval naďalej; roku 438 vyšiel spoločný zákonník -Codex Theodosianus), v skutočnosti sa obe časti začali vyvíjať odlišne. Preto od roku 395 hovoríme o Západorímskej ríši a Východorímskej ríši, nazývanej tiež Byzantská ríša.