292年，戴克里先开始将罗马一分为二进行管理，戴克里先管理东方，马克西米安管理西方，二者均在罗马城之外建立了新的都城，戴克里先定都尼科米底亚，这是他此前的据点，而马克西米安定都米兰。293年，罗马开始形成四帝共治的局面。由于戴克里先和马克西米安两人还是难以管理这个庞大的帝国，所以他们各任命了一名“凯撒”辅佐他们，这两名凯撒又分别另外定都，所以罗马出现了除罗马外的四个都城，四帝共治局面形成。四帝共治是这样的，两名奥古斯都各自任命一名凯撒，而奥古斯都退位后，凯撒则继承奥古斯都的位置，任期为20年。
四帝共治
除了四帝共治外，戴克里先还对行省和军队进行了改革。他扩大了行省的数量，但是又以大约10个行省为一个行政区进行管理，并设立总督，总督没有军权，这样的层层管理有利于加强四帝的统治。在军事上，戴克里先将罗马军队分为了边防军和巡防军两部分，边防军用于抵御日耳曼等民族的侵略，所以数量较多，巡防军主要是对内镇压起义。戴克里先的这些改革其实并没有能够扭转罗马帝国的颓势，只是暂时缓解了危机，而他实行的四帝共治实际上已经让罗马帝国出现了分裂的端倪。
305年，戴克里先正式退位，数年后自杀身亡，结束了戴克里先的传奇一生。戴克里先是和马克西米安一起退位的，之后，君士坦丁和李锡尼代替他们，但是二者并非和睦，而是一种对抗状态，君士坦丁在323年击败了李锡尼，结束了戴克里先的四帝共治制度，将自己的亲信设置在各地进行管理，但是他继续发展专制制度，同时加强了自己的军事权力，和戴克里先一样进行了改革。值得一提的是，君士坦丁上台后，改变了戴克里先打压基督教的政策，基督教得以继续在罗马发展，君士坦丁也取得了支持。
君士坦丁
君士坦丁在罗马帝国时期实际上是非常著名的皇帝，人们对君士坦丁的第一印象大多来自于土耳其的旧首都君士坦丁堡（伊斯坦布尔），这座城市跨越了欧亚两洲，是土耳其的经济中心。这座城市和君士坦丁有很深厚的历史渊源，公元330年，君士坦丁放弃了以罗马为西方首都，将首都迁至东方的以君士坦丁为名的君士坦丁堡。君士坦丁在新首都建立起了一套类似于东方君主的专职体系，君士坦丁堡更像是一个东方帝国的首都，和罗马有很大差异，也预示了后来的罗马分裂。
君士坦丁堡
337年，君士坦丁死亡，但是罗马的危机还是没有解决，并且再次陷入了社会动荡和政权频繁更迭之中。在君士坦丁死后，罗马内部权力斗争严重，而各种底层起义风起云涌，其中就包括阿哥尼斯特运动。阿哥尼斯特运动爆发于北非，是一些奴隶和穷人等组成的队伍对奴隶主的反抗敌对行动，但是由于起义者的装备较差，这场运动轻易被军队剿灭了。353年，君士坦提乌斯二世继位，他死后，这个帝国重新回到了双皇帝时代。这时期，北非的毛里塔尼亚又爆发了费尔姆起义，起义逐渐发展壮大，罗马军队经过长期的战斗才将这场起义镇压下去。
当时东方的皇帝是由瓦伦斯，而他面临的是西哥特人的问题。由于匈奴的入侵，西哥特人请求迁移进罗马，瓦伦斯表面上同意了西哥特人的请求，但实际上确实将迁入的西哥特人变卖为奴隶，并向他们收取赋税，这引起了西哥特人的不满，之后便爆发了西哥特起义，瓦伦斯打算率军镇压起义，但兵败而亡，提奥多西一世接替了他成为新皇帝。提奥多西曾经领导军队镇压了费尔姆起义，他上台后很快地平息了西哥特人的问题，并结束了罗马帝国的分裂。
提奥多西一世
395年，提奥多西一世死后，罗马正式分裂。他将帝国传给了两个儿子共同统治，罗马帝国正式分裂为了东罗马帝国和西罗马帝国，他们的首都分别是君士坦丁堡和罗马，两个帝国在文化等方面都存在差异，而领土庞大的罗马帝国在危机时期更加难以维系，所以罗马帝国的分裂是在所难免的。
罗马帝国分裂后，外族入侵的情况十分严重，主要是来自西哥特人的威胁，此前，在面对西哥特人的起义时，提奥多西一世将巴尔干半岛北部让给了西哥特人，以此换取了与西哥特人的和平。西哥特人在罗马扎稳了脚跟，提奥多西一世死后，西哥特人在阿拉里克的领导下开始深入西罗马帝国。410年，阿拉里克率领哥特军队成功占领了罗马，后来又建立了西哥特王国。455年，曾被西哥特人击败的又在北非重新兴起的汪达尔人占领了罗马，使这个城市再次遭到劫难。
阿拉里克
到了五世纪中期，西罗马帝国已经在日耳曼人的入侵下残缺不全了。476年，西罗马最后一个皇帝罗慕路斯被日耳曼人罢黜，虽然东罗马帝国直至1453年才灭亡，但是我们一般将西罗马帝国的灭亡看作是罗马帝国的灭亡。巧合的是，罗马的第一个国王也就罗慕路斯。