Al in de tweede eeuw is het Romeinse leger begonnen met het terugtrekken van troepen van de noordelijke limes, om deze in te zetten in de Dacische oorlogen in het Donaugebied. Daardoor is de noordgrens verzwakt geraakt. Omdat er niet genoeg soldaten zijn om de grenzen aan alle kanten te verdedigen, gaat het leger in derde eeuw gebruikmaken van Germaanse strijdkrachten. Zij vechten tegen mede-Germanen die de Romeinse provincies binnentrekken om hier rovend en plunderend hun slag te slaan. Omstreeks 240-250 krijgen de plunderaars ook een naam in Romeinse bronnen: ‘Franken’ (Germaans voor ‘onstuimigen’, ‘dapperen’) is de verzamelnaam voor diverse Germaanse stammen die het Romeinse rijk last bezorgen.

Het lukt het Romeinse leger om de rust in het gebied te herstellen onder keizer Diocletianus (284-305). Vanaf zijn regeringstijd valt Utrecht onder Germania Secunda, de opvolger van Germania Inferior. Onder Diocletianus’ opvolger Constantijn de Grote gaan de Romeinen over op een defensiesysteem in de diepte. Dat betekent dat langs de noordelijke limes alleen nog grensbewaking door limitanei is, terwijl de comitatenses – mobiele troepen – in het achterland hen rugdekking verschaffen als het nodig is.
De noordelijke grensbewaking leggen de Romeinen grotendeels in handen van Franken en ook in de comitatenses vechten Frankische huurlingen tegen hun stamgenoten. Verder maken de Romeinen gebruik van foederati, Frankische bondgenoten die de grens in de gaten houden.

In het Utrechtse deel dat binnen het Romeinese rijk valt, is weinig duidelijkheid over de situatie in de vierde eeuw en daarna. De vondsten uit deze periode in voormalige inheemse dorpen staan meestal los van huizensporen. Van de castella zijn maar enkele laat-Romeinse vondsten bekend. Dat betekent niet dat deze nederzettingen en forten geheel verlaten waren. Van de forten lijkt het aannemelijk dat ze in elk geval met tussenpozen door een grensleger werden bewaakt.

De verdeel-en-heers-techniek van de Romeinen leidt ertoe dat de Franken tenslotte daadwerkelijk de macht overnemen. Met name de Salische Franken breiden hun macht steeds verder naar het zuiden uit. Daar, in Noord-Frankrijk ontstaat vanaf omstreeks 445 het Merovingische vorstenhuis. Het Romeinse rijk valt uiteen en de provincie Gallië verandert in een lappendeken van Frankische rijkjes.

De laatste Romeinse soldaten zijn al enkele decennia eerder uit het centrale rivierengebied vertrokken. Ze zijn ingezet in het hart van het Romeinse rijk, om dit - tevergeefs - te verdedigen tegen de binnenvallende Goten. Onder de Merovingische koning Clovis, die de losse rijkjes verenigt, gaat Utrecht deel uitmaken van het Frankische rijk. De ‘duistere Middeleeuwen’ zijn begonnen.