Диоклетиан оказался вынужден, под напором военных угроз с самых разных сторон, разделить императорскую власть.
Хотя сама Диоклетианова схема, известная под названием тетрархии (имелось два старших императора — Августы, и два младших — Цезари, которым через 20 лет должна была перейти власть от Августов), ненадолго пережила своего создателя, с этого времени власть в империи практически постоянно принадлежала не одному императору, а коллегии императоров, находящихся в разных резиденциях, что и нашло свое логическое завершение в разделе империи на Восточную и Западную в 395 г. Это была в значительной мере именно военная необходимость, а также необходимость иметь во главе удаленных легионов надежного человека.
В собственно военных мероприятиях Диоклетиана можно в качестве основных выделить увеличение численности армии, новые меры по созданию мобильного резерва (походное войско Галлиена к тому времени постепенно рассредоточилось по провинциям), меры по новому укреплению границ и реформу системы набора.
Точные размеры армии Диоклетиана нам неизвестны. Христианский апологет Лактанций в сочинении «О смерти гонителей» упрекает его в том, что каждый из четырех соправителей имел больше войск, чем во всей Империи до начала правления Диоклетиана (Lact., De mort. pers., 7, 2), но это очевидное художественное преувеличение. Список должностей начала V в. («Notitia dignitatum») и византийский историк Агафий Миринейский дают официальную численность армии Поздней Империи в 645 000 чел., но эти данные, во-первых, относятся к периоду на сто лет более позднему, а во-вторых, реальная численность армии скорее всего никогда не достигала этой бумажной цифры. Историк VI в. Иоанн Лидийский, пользовавшийся официальными документами эпохи тетрархии, дает численность армии в 389 704 чел., а флота в 45 562 чел. (Ioh. Lyd., De mens., I, 27), что совсем не является значительным увеличением в сравнении с армией принципата, но эти данные могут относиться к раннему периоду правления Диоклетиана. По подсчетам А.Х.М. Джонса[100], к началу правления Диоклетиана сохранялись все 33 северовских легиона (возможно, за одним или двумя исключениями) и к ним добавилось по меньшей мере 35 новых.
Неизвестно, однако, каков был размер новых Диоклетиановых легионов. Очевидно, что в IV в. размеры легиона значительно сокращаются (это видно, в частности, из размеров новых легионных крепостей), но не известно в точности, Диоклетиан ли начал этот процесс. В настоящий момент наиболее принята точка зрения, по которой старые легионы при Диоклетиане сохраняли традиционный размер в примерно 6000 чел., а новые были меньше и насчитывали где-то 1000—1500 чел.