公元364年约维安逝世，瓦伦提尼安一世继位，为了让帝国处于稳定状态，他将古罗马分为东西两部分，将东半部分分给了自己的弟弟瓦伦斯。但是稳定的局势并没有持续太久，新的冲突因为外势力的入侵而产生。376年西哥特人被匈奴人一路击退，最后被允许进入帝国的东部地区进行生活，然而事态终究还是失控了，阿德里安堡战役爆发了。这场战役导致瓦伦斯本人死在了乱军之中，从此国界改变，帝国的国情以及对外关系也不再相同。

瓦伦提尼安一世逝世后，他的儿子及继承人格拉提安在379年任命狄奥多西为东部皇帝。格拉提安在383年遭受马克希穆斯的背叛而死，狄奥多西未具实力与马克希穆斯一战，故先与其议和。

然而政局并未稳定，388年狄奥多西击败马克希穆斯，西部名义上改由瓦伦提尼安二世统治，但东部的狄奥多西一世却想要整合权力，392年瓦伦提尼安骤逝，狄奥多西顺理成章的成为统一罗马的皇帝。

394年狄奥多西平定帝国内乱，直到隔年他过世帝国都维持统一，他也是使罗马帝国最后一位维持统一的皇帝，其长子阿卡迪乌斯接掌帝国东部，幼子弗拉维乌斯·奥古斯都·霍诺留接掌帝国西部，此时帝国的文化已经罗马～蛮族半掺，此影响却也是之后东部存在较为长久的因素，在狄奥多西逝世后两国依亚德里亚海分界而治。

之后西帝国无力阻挡跨越莱茵河来犯的部落～～日耳曼人，408年西哥德人更兵临城下。

在408年斯提利科被谗言所害后，皇帝弗拉维乌斯·奥古斯都·霍诺留也在423年撒手人寰，他维持的疆域也随之崩溃，早在410年西哥特人亚拉里克一世就曾予以帝国以沉重打击，在罗马城内奴隶的配合下一举占领罗马城。此举在历史上有重大意义，罗马旧国都终于在5世纪时被异族攻陷，甚至直捣西西里岛以及非洲，之后也有蛮族攻陷西班牙的部分地区，君士坦丁三世(406～411年)在407年下令不列颠的军队跨海回防高卢，遗弃了在不列颠岛上的罗马公民。

霍诺留逝世后，拜占廷扶植瓦伦丁尼安三世为帝，西罗马帝国已经无力维持军队规模，事逢匈人西迁至西欧地区，于是在407年与匈人结盟击败了勃艮第人的入侵，于433年击败萨伏依人，尽管在强力的盟友协助下重新控制了部分地区，在此世纪结束之际西罗马帝国已经消耗太多的国力，勃艮地地区随即再次被夺走。

在非洲地区，汪达尔人盖萨里克在429年从西班牙跨海攻击，并于435年兵不血刃的占领迦太基，于439年建立起独立的国家并成立强大的海军，瓦伦丁尼安派遣舰队与其贸易，汪达尔王国控制了地中海西部绝大多数的岛屿以及海岸。

444年匈人领袖阿提拉和西罗马帝国同盟，并同意迎娶公主也是皇帝的姐姐霍诺利亚，以准备攻击西哥德王国。

面对强劲的对手～西哥特王国，加上出尔反尔的西罗马帝国，阿提拉翻脸攻击高卢地区，双方爆发了著名的沙隆战役，哥德～罗马联军虽然胜利但是西哥特王迪奥多里克却阵亡。匈人尽管因为战败而退出高卢，但是阿提拉很快的整军直捣意大利本土，教宗利奥一世出面乞和，才保住了罗马。

453年阿提拉骤逝，留下庞大的帝国被继任者分裂，最终迅速消失在历史的舞台上，然而动乱未因此而停止，多数蛮族看清了西罗马帝国的虚弱本质，更加猖獗的潮水般涌入帝国。455年汪达尔人攻陷罗马，利奥再次出面调停。

多数蛮族因为在西罗马帝国的庇护下免于被匈人所灭，但蛮族文明低端，出于掠夺本性的暴露，4世纪50年代日耳曼人反而很快发动对西罗马帝国入侵，之后的二十年间西罗马帝国的皇帝不断被蛮族领袖所俘、驱逐或是被弑，从被阿提拉流放的瓦伦丁尼安，到末代皇帝尼波斯结局都差不多，蛮族领袖甚至扶植自己的儿子为帝。

468年的卡本半岛海战堪称为地中海世界的赤壁之战。在这场会战中，两大罗马帝国，尤其是东罗马帝国的海军遭到重创。而对于西罗马帝国而言，这同时也是其最后一次大规模的军事行动。因为此战之后，西罗马帝国最后的战斗力量基本上消耗殆尽，经过连年战乱的西罗马帝国经此重创，以后再无力发动大规模战役，一蹶不振。

475年欧瑞斯特赶走西罗马帝国皇帝尼波斯，扶植自己的儿子罗慕路斯·奥古斯都为西罗马帝国皇帝。476年奥多亚塞杀死欧瑞斯特，废黜罗慕路斯·奥古斯都，自立为意大利国王，这也象征了西罗马帝国的覆亡。

在476年后三个并立政府出现，有以下势力号称自己是罗马正统的政府：前任被放逐的皇帝尼波斯，他控制达尔马提亚直到480年被杀;割据在高卢北部的行省，该省长直到487年被杀前仍效忠罗马;北非的罗马～阿兰行省，该地同时臣服于汪达尔人，直到533年拜占廷打败汪达尔人，才重回罗马的管辖。

西罗马帝国一般认定的灭亡日期是476年9月4日，奥多亚塞罢黜罗慕路斯·奥古斯都，然而缺乏具体史料让细节仍为谜团。

尼波斯当时依旧自称西罗马帝国皇帝，且所剩一块无足轻重的领地，并向拜占廷帝国的皇帝芝诺保有相当的平等关系，在高卢北部也有一块飞地，行省首脑仍效忠罗马。

奥多亚塞在自封意大利的领袖后效忠朱诺，朱诺也册封他以承认奥多亚塞的合法性，然而奥多亚塞依旧遥尊尼波斯为西罗马帝国的皇帝，在意大利的货币上很长一段时间依旧是尼波斯的肖像和名讳，只是皇室的威严早就大不如前，也没有恢复统治的可能性了。奥多亚塞在领地内持续掌握大权，直到480年尼波斯遭受暗杀，统治的合法性完全被奥多亚塞的意大利王国取代。