Malgré les troubles qui l’affectent au milieu du IIIe siècle, Arles conserve une place particulière en Gaule pendant toute l’Antiquité tardive. Même après la destruction violente et l’abandon des quartiers périphériques, la ville garde toute sa vitalité, au point d’attirer l’attention de Constantin. Sous son règne, Arles a les faveurs de la cour impériale, comme le montrent le transfert de l’atelier monétaire et la tenue du concile sur le donatisme de 314. L’examen attentif du dossier archéologique relève l’existence d’importants travaux de reconstruction dans le centre public au IVe siècle et l’identification d’une vaste salle de réception à plan basilical, véritable aula regia, met en évidence la dimension « palatiale » du complexe qui est alors construit. Au Ve siècle, la ville continue à prospérer, en partie grâce à l’installation de la préfecture du prétoire des Gaules, à la fin du IVe ou au début du Ve siècle. C’est à partir de cette époque qu’elle acquiert sa physionomie de ville médiévale. On assiste ainsi simultanément au développement de l’habitat « parasitaire », qui envahit les anciens espaces publics, à l’installation d’une enceinte réduite et au développement de la topographie chrétienne, timidement amorcée au IVe siècle. Du point de vue politique et religieux, Arles atteint son apogée dans la première moitié du Ve siècle, notamment grâce à l’action de brillants évêques. Économiquement, elle est en revanche progressivement dépassée par sa rivale Marseille. La documentation historique et archéologique est ensuite trop fragmentaire pour décrire précisément l’évolution de la ville jusqu’à l’époque carolingienne, qui fut particulièrement favorable à Arles, désormais résidence des comtes de Provence.