После падения династии Северов в истории Римской империи начался период, известный прежде всего под названием «кризиса III века». Повсеместно возникают узурпаторы, многие части империи отпадают от нее на долгие годы, на этом фоне нарастает угроза со стороны соседей Рима. По всей вероятности, в нем сыграли роль и военные факторы: набор легионов внутри провинции и перевод их на автаркическое хозяйство должны были способствовать сепаратистским тенденциям.
Наиболее тяжелым положение империи стало в правление императора Галлиена (253 — 268, до 259 совместно с отцом). Аламанны занимают территорию современной Швейцарии и делают набеги на Италию, готы опустошают Балканы, персы в 259 г. берут в плен его отца, императора Валериана, от Рима отпадают Галльская империя и Пальмирское царство на востоке. Количество узурпаторов времен Галлиена было так велико, что позднейший автор не считал их, а просто писал «сорок тиранов».
В попытке противостоять кризису Галлиен проводит новые преобразования в армии. Где-то между 255 и 259 гг. он собрал в Медиолане (Милане) значительные кавалерийские силы, выведенные из состава легионов и вспомогательных войск. Можно предполагать, что главное походное войско Галлиена насчитывало около 50 000 чел., в т.ч. около 20 000 чел. ударной кавалерии. Милан — очень удобное место для размещения мобильного резерва с задачей противодействовать набегам через Альпы и угрозе со стороны мятежных галльских и иллирийских легионов. Не зря в более поздний период этот город часто был резиденцией императоров. Реформа Галлиена — первый шаг в сторону превращения кавалерии в главную силу римской армии вместо легионов.
Ко времени Галлиена относится окончательная замена сенаторов на постах командиров легионов всадническими префектами и начало серьезных изменений в командной структуре легиона (так, значительно снижается роль центурионов и исчезают примипилы — видимо, из-за профессионализации командира легиона).
Нарастает в годы кризиса III века проблема выплаты жалования солдатам. В попытке соответствовать требованиям солдат и не допускать задержек жалования императоры все более обесценивают монету. К концу правления Галлиена содержание серебра в денарии составляло всего 5%, а под видом золотых чеканились позолоченные медные монеты. Усугубляло положение то, что люди, естественно, припрятывали старую монету — наибольшее число монетных кладов до нас дошло именно от этих лет.
Императоры Аврелиан (270 — 275) и Диоклетиан (284 — 305) вновь собирают Римскую империю воедино. С именем Диоклетиана, а затем Константина (306 — 337) связаны обширные реформы, послужившие началом нового устройства Римской империи, последнего в античный период, известного под названием «доминат». Как и при основании принципата Августом, общая реформа государственного устройства не могла обойти стороной военную организацию. К сожалению, мы много хуже осведомлены о времени Диоклетиана и Константина, чем о времени Ранней империи, и обладаем в основном источниками либо более поздними, либо церковными. Поэтому многие вопросы военной реформы остаются предметом споров в историографии, а многие преобразования нельзя точно приписать Диоклетиану либо Константину.