Когда Ольвия вынуждена была принять у себя римский гарнизон, с точностью неизвестно. По всей вероятности, это произошло в правление Адриана или Антонина Пия, скорее при первом из них. Гарнизон римских войск в Ольвии во второй половине II в. размещался как в самом городе, так и на хоре. При Флавиях и Траяне ольвиополитам приходилось своими силами отражать угрозу нападения внешних врагов. Однако в состав провинции Нижняя Мёзия Ольвия была включена только при Септимии Севере и Каракалле в конце II — начале III в.н.э., когда обстановка на Дунае и в Северо-Западном Причерноморье ухудшилась. В 248 г. в Ольвии еще стоял римский гарнизон, несмотря на то что в 30-х годах III в. город был сильно разрушен готами. В конце III-IV в. жизнь в городе и на поселениях ольвийской периферии прекращается.
После того как Август официально подтвердил элевтерию (свободу) Херсонеса, город вынужден был принять над собой протекторат боспорских царей, хотя и сохранил за собой право выпускать монету, издавать декреты от имени полисных органов управления. И все же политическая зависимость херсонесцев от Боспора в I в.н.э. не была стабильной. Если при царе Боспора Аспурге (14-37 гг.) Херсонес еще подчинялся боспорской зависимости, то после римско-боспорской войны при Митридате III (39-45 гг.) он, вероятно, получил самостоятельность, но под римской опекой. В середине I в. в Херсонесе наблюдался подъем экономики, о чем говорит выпуск полновесных золотых статеров. В это время он находился, вероятно, вне какой-либо зависимости от царей Боспора. При Нероне в Херсонесе вообще не чеканили монету и полис был передан, очевидно, под управление боспорского царя Котиса I. Он находился под властью Боспора с небольшими перерывами до начала второй четверти II в.н.э., когда вновь приступил к выпуску золотых монет. Но статус «свободного города» Херсонес смог получить только в правление Антонина Пия, когда после безуспешных самостоятельных попыток добиться этого в дело вмешалась его метрополия Гераклея Понтийская, посольство которой с ходатайством о свободе Херсонесу увенчалось успехом около 144 г.н.э.
В середине I в.н.э. активность тавро-скифов против Херсонеса вновь усилилась. Это было вызвано быстрым возрождением Скифского царства, очевидно, не без определенного влияния Боспора. Как следует из элогия Плавтия Сильвана, этот наместник Мёзии во главе отряда римских войск сумел заставить царя скифов снять осаду Херсонеса (CIL, XIV, 3608). Тогда же в Херсонес, Харакс (мыс Ай-Тодор), Боспорское царство были введены римские гарнизоны. Последнее связано с опасением новых вторжений тавро-скифов и планами Нерона создать в Северном Причерноморье плацдарм для готовившегося похода против парфян через Тавриду и Кавказ. На протяжении I-III вв. Херсонес поочередно имел статус союзного и свободного города с правом чеканки золотой монеты, просто «свободного», что отразилось только в выпуске медной монеты, обычного римского провинциального города и города — составной части Боспорского царства. В двух последних случаях Херсонес либо не выпускал монеты вообще, либо чеканил ее в крайне ограниченном количестве. Но в течение всего этого времени в городе и на ближайших подступах находился римский гарнизон, который был выведен только в конце III в.н.э. Римская администрация старалась соблюдать права городских властей Херсонеса, его самоуправление, что было в русле ее политики в отношении греческих городов, как союзных, так и провинциальных, но всегда рассматривавшихся в качестве опоры римской власти. О тесной связи города с провинцией Нижняя Мёзия свидетельствуют почетные надписи на базах статуй ее наместникам и посольства к ним знатных граждан. Во время войн с варварами в III в.н.э. Херсонес почти не пострадал, хотя и предпринял меры по укреплению оборонительных сооружений. В конце III в. вместе с римлянами город осуществил ряд успешных военных акций против боспорского царя Фофорса.
Римляне поддерживали верхушку херсонесского полиса, о чем свидетельствует аристократизация государственного управления, концентрация власти в руках немногих зажиточных семей, пользовавшихся правами римского гражданства. Рост крупной землевладельческой и торгово-ремесленной аристократии в III-IV вв. подтверждается существованием на херсонесской хоре (в районе балки Бермана) больших укрепленных усадеб-вилл, основным хозяйственным профилем которых было земледелие и скотоводство. Во второй половине IV в. в связи с опасностью вторжения гуннов город вновь был значительно укреплен, что предохраняло его от разрушения. Активная политика римских властей, поддерживавших рабовладельческую верхушку, изолированность Херсонеса от остальной части Крыма способствовали концентрации рабовладельческих порядков, росту крупного землевладения.
На рубеже античности и средневековья Херсонес представлял собой город, где велось активное строительство оборонительных и жилых сооружений, развивались ремесла и промыслы. Херсонесцы осуществляли контроль за сельской округой, на которой преобладали крупные сельскохозяйственные усадьбы-виллы. Мелкое индивидуальное хозяйство уступало по значению крупному, основанному на использовании большого числа рабов. Экономический подъем города в конце античности мог быть результатом вовлечения в производство значительного числа рабов, вольноотпущенников и пришлого населения. Несмотря на то что в отдельных отраслях ремесла преобладал индивидуальный труд мастеров-ремесленников (например, металлообработка, керамическое производство), рабский труд в производстве, обслуживании и зрелищных мероприятиях применялся довольно широко.
Приток населения из Малой Азии и областей Северного Причерноморья, использование его в хозяйстве наряду с сохранившейся рабской эксплуатацией привели к некоторому подъему в экономике, крайне медленному созреванию ростков новых производственных отношений. Поэтому Херсонес почти без серьезных разрушений и социальных катаклизмов вошел в состав Византийской империи.
После внутренних неурядиц, которые испытало Боспорское царство на рубеже н.э., там наступил период стабильности политической власти и наметился некоторый подъем экономики.
В I-II вв. во всех сферах боспорской жизни наблюдается сарматское влияние. Процесс сарматизации продолжался и постоянно усиливался на протяжении всей римской эпохи. Римляне, движимые желанием держать Боспорское царство в повиновении, предоставляли помощь боспорским царям и верхушке местной аристократии деньгами, а в случае необходимости и войсками. Римское проникновение на Боспор шло в основном из Малой Азии, частично, может быть, и из придунайских провинций. В первые века н.э. Боспору приходилось выдерживать нападения сираков, скифов, аланов.
Поскольку Боспорское государство должно было служить защитой от варваров на подступах к империи, римляне держали там свои войска (КБН, 666; 726; 691), давая ежегодные субсидии на их содержание, вследствие чего боспорские отряды вынуждены были принимать участив в некоторых военных мероприятиях римских властей. В течение II в.н.э. Боспор испытывал давление сарматских племен, главным образом сираков, на свои восточные рубежи. В конце этого столетия боспорский царь Савромат II одержал над ними победу. Однако больше всего неприятностей доставляли скифы в Крыму. На протяжении длительного времени боспорские цари Савромат I, Котис II и их преемники вынуждены были укреплять западные границы своих владений от скифской угрозы. С этим связано усиление обороноспособности ряда боспорских крепостей, а также возведение новых укреплений. С ростом активности тавро-скифов нередко возникала потребность в установлении боспорского протектората над Херсонесом, которая, впрочем, никогда не была длительной. В первой половине II в.н.э. римляне не хотели допускать чрезмерного усиления Боспорского государства в Крыму и на Северном Кавказе, ибо его усиление могло повлиять на боспоро-римские отношения и стать причиной самостоятельной политики боспорских царей. С этим, возможно, связаны разногласия царя Боспора Реметалка с римской провинциальной администрацией и последовавшее за этим предоставление элевтерии Херсонесу. Но, несмотря на ухищрения римских властей, в конце II в.н.э. при Савромате II наступил период усиления Боспорского царства. Его границы охватывали всю Таврику. Тогда же стабилизировалось экономическое положение, усилилась торговая деятельность, чему способствовало очищение Понта от пиратов. Благодаря финансовой поддержке римских властей Савромату II удалось провести монетную реформу, в соответствии с которой номиналы боспорских монет стали адекватными по стоимости денежным единицам римской чеканки. Это, естественно, активизировало связи торгово-ремесленной боспорской знати с римскими провинциями.