Το διάταγμα των Μεδιολάνων (313 μ.Χ.), με το οποίο έπαψαν οι διώξεις και ευνοήθηκε η διάδοση του χριστιανισμού, και η απόφαση του Μεγάλου Κωνσταντίνου  να μεταφέρει την  πρωτεύουσα της αυτοκρατορίας από τη Ρώμη στο Βυζάντιο, την παλαιά ελληνική αποικία του Βοσπόρου (324 μ.Χ.), που προς τιμήν του μετονομάστηκε σε Κωνσταντινούπολη, σηματοδοτούν την αρχή μιας περιόδου με διαφορετικά χαρακτηριστικά κι ενός πολιτισμού που επικράτησε να περιγράφεται ως Βυζαντινός. Η προνομιακή θέση της Κρήτης στο κέντρο της ανατολικής Μεσογείου την κατέστησε σημαντικό σταθμό του εμπορίου από και προς τη νέα πρωτεύουσα.

Η θέση του Ηρακλείου πιθανότατα αναβαθμίστηκε όταν η Κρήτη έγινε τμήμα της Επαρχίας του Ανατολικού Ιλλυρικού και πέρασε στη διοικητική δικαιοδοσία της Κωνσταντινούπολης. Η μεταφορά της πρωτεύουσας στην Ανατολή και η απώλεια των ανατολικών επαρχιών της αυτοκρατορίας από την εποχή του Ιουστινιανού εικάζεται ότι καθόρισαν τη μοίρα του Ηρακλείου, που σταδιακά εξελίχθηκε σε κρίσιμο σταθμό του εμπορίου ανάμεσα στην Κρήτη, τα νησιά του Αιγαίου και τη νέα πρωτεύουσα.

Ο ισχυρός σεισμός και το τσουνάμι που έπληξε την Κρήτη το 365 μ.Χ. προκάλεσε μεγάλες καταστροφές στις περισσότερες αρχαίες πόλεις, ασφαλώς και στο Ηράκλειο. Η προσπάθεια ανασυγκρότησης ανακόπηκε από νέες καταστροφές στη διάρκεια του 5ου αιώνα. Τα γεγονότα αυτά σε συνδυασμό με τη διοικητική αναδιοργάνωση της αυτοκρατορίας από τον 4^ο αιώνα και τις νέες λατρευτικές ανάγκες που προέκυψαν από τη σταδιακή επικράτηση και οργάνωση της χριστιανικής λατρείας, οδήγησαν σε ανοικοδομήσεις και σημαντικές πολεοδομικές μεταβολές.

Το γεγονός ότι το Ηράκλειο δεν περιλαμβάνεται στις κρητικές πόλεις που καταγράφει ο Συνέκδημος του Ιεροκλή (πριν από το 535 μ.Χ.) ίσως υποδηλώνει ότι κατά τον 5^ο αιώνα βρισκόταν ακόμη υπό την διοικητική ευθύνη της Κνωσού, καθώς ο όρος πόλη την περίοδο αυτή φαίνεται ότι περιέγραφε μόνο οικισμούς του υψηλότερου διοικητικού επιπέδου. Η κατάσταση πάντως αυτή είχε αλλάξει πριν από τα τέλη του 7^ου αιώνα αφού η Civitas Eraclium καταγράφεται ανάμεσα στις 24 πόλεις της Κρήτης στην αποκαλούμενη Χρονογραφία του Ανωνύμου της Ραβέννας.