W 284 roku n.e. cesarzem rzymskim został Dioklecjan, który przeprowadził głębokie reformy ustrojowe, zapoczątkowując nowy etap w dziejach cesarstwa zwany dominatem. Wcześniejszy okres (tzw. pryncypat) formalnie utrzymywał fasadę instytucji republikańskich, a cesarz występował jako „pierwszy obywatel”. Dioklecjan zerwał z tą fikcją – przyjął pełnię władzy absolutnej jako dominus et deus („pan i bóg”), co podkreślało boski majestat cesarza. W celu sprawniejszego zarządzania rozległym imperium Dioklecjan w 293 r. wprowadził system tetrarchii (współrządów czterech). Cesarstwo podzielono na część wschodnią i zachodnią; Dioklecjan rządził jako august (starszy cesarz) na Wschodzie, a Maksymian jako august na Zachodzie. Dodatkowo każdy august mianował sobie młodszego współrządcę z tytułem cezar (Galeriusz na Wschodzie i Konstancjusz Chlorus na Zachodzie). Tetrarchia miała zapewnić płynne przekazywanie władzy i szybkie reagowanie na zagrożenia na granicach.

Reformy Dioklecjana przekształciły strukturę administracyjną i wojskową imperium. Cesarz podzielił prowincje na mniejsze jednostki, zgrupował je w diecezje nadzorowane przez wikariuszy, rozbudował biurokrację oraz zwiększył liczebność armii (wprowadził podział na wojska przygraniczne i mobilne oddziały polowe – comitatenses). Próbował też zaradzić kryzysowi ekonomicznemu, ogłaszając w 301 r. edykt o cenach maksymalnych w celu zahamowania inflacji (choć nieskutecznie). Rządy Dioklecjana przyniosły okres względnej stabilizacji po burzliwym kryzysie III wieku: granice imperium zostały umocnione, państwo scentralizowane, a autorytet cesarza – wzmocniony. Jednakże system tetrarchii okazał się trudny do utrzymania – po abdykacji Dioklecjana w 305 r. wybuchły walki o władzę, które zakończyły się dopiero, gdy Konstantyn Wielki pokonał rywali i zniósł współrządy. Mimo to dziedzictwo Dioklecjana było trwałe: od jego czasów cesarstwo funkcjonowało już jako jawna monarchia absolutna (dominatus), a podział na Wschód i Zachód, choć na pewien czas zniesiony, powrócił i ostatecznie utrwalił się w późniejszej historii.