Варварские вторжения серьезно ослабили важность Флорентии. В 405 году, городу удалось остановить орды Радагаиуса, но позже город не смог избежать участия в Византийской войне с готами. Его стратегическое положение укрепленного города на Арно и транспортного центра между Римом и Паданией, объясняет то, почему за город так остро боролись и готы, и византийцы. В 541-544 годах новые городские стены были построены, используя структуры различных больших римских зданий: Кампидоглио, бассейна для воды, Ванн и Театра. Стена была трапециевидной по форме, и ее небольшая протяженность свидетельствует о снижении роли города, население которого было истреблено войнами; возможно, в городе в тот период проживало меньше одной тысячи жителей. Примерно в конце 6-ого столетия, когда Ломбарды завоевали северную и центральную Италию, Флоренция также попала под их доминион. Это было началом того периода, который принято считать самым темным периодом в истории города. Оставленный вдалеке от главных торговых маршрутов, которые были основой для процветания города, Флоренция стала «угасать». Для связи между своими городами, расположенными на севере и юге страны, ломбарды прекратили использовать «центральный» маршрут Болонья-Пистоия-Флоренция, как слишком опасный из-за вероятности набегов византийцев, которые все еще контролировали восточную часть Италии, и Лукка была выбрана как столица герцогства Тоскана. В любом случае, во время периода Ломбардского доминирования, особенно после того, как Королева Феодолинда (Theodolinda) перешла в католицизм, многие религиозные здания были построены в городе, включая Баптистерий Сан Джованни, и многие другие церкви и монастыри, которые существуют до настоящего времени.