En 407, les Vandales, les Alains et les Suèves forcèrent la barrière du Rhin sous ta poussée des Huns. Ils envahirent la Gaule, pillant et détruisant tout sur leur passage. Ainsi fut ruinée la Novempopulanie, que sa population s'était révélée inapte à défendre. En 409, Elusa, capitale de la province, fut anéantie. Une ère de terreur barbare débutait.

En 412, surgirent à leur tour les Wisigoths qui chassèrent les envahisseurs, prenant Toulouse et Bordeaux avant de se diriger vers l'Espagne. Ils furent à nouveau là en 419 et obtinrent alors de l'empereur romain Honorius l'Aquitaine et la Novempopulanie. De Toulouse, devenue leur capitale, le roi Athaulf mena une habile politique, se comportant tour à tour comme le pire ennemi ou l'allié le plus puissant de Rome dont il poursuivit l'œuvre intérieure. La province resta possession des Wisigoths pendant près d'un siècle. Ils la transformèrent en royaume, dans le cadre du grand Etat que deux de leurs rois s'efforcèrent de fonder. L'Empire romain d'occident ayant disparu en 476, ils se dégagèrent de la tutelle romaine pour régner en maîtres absolus sur le domaine qu'ils étendirent depuis la Loire et le Rhône jusqu'au sud de l'Espagne.

Bien auparavant, le christianisme avait atteint l'Aquitaine, créant de nombreux foyers et multipliant chaque jour le nombre de ses fidèles. Il s'était introduit dans des circonstances obscures, apporté sans doute depuis l'orient grec et l'Italie par la Narbonnaise. Il semble aussi qu'au IV^ème siècle des évangélistes aient prêché la nouvelle doctrine à partir des importants centres religieux de Poitiers de de Tours. En tout état de cause, la tradition a partout conservé la légende du saint de chaque pays. C'est ainsi qu'à Auch est évoqué Saint-Orens, qui lutta contre l'idôlatrie durant son épiscopat. La Novempopulanie aurait été évangélisée par Saint-Saturnin (ou Saint-Sernin), évêque de Toulouse. Ayant gagné d'abord les villes, le christianisme s'implanta dans les campagnes grâce à Saint-Martin et ses disciples. Reconnue par Constantin (313), l'Eglise chrétienne s'organisa selon le modèle de l'administration romaine. Les cités, à l'image de Lectoure, constituèrent des diocèses placés sous la direction des évêques. A la fin de l'Empire, l'Eglise fut particulièrement influente, se substituant bien souvent un Etat défaillant. Euric, nouveau roi des Wisigoths (466-485), entama une campagne qui n'avait pas de précédent dans la province : la terreur religieuse. La persécution sans merci du clergé et des fidèles allait le rendre très impopulaire et affaiblir l'influence wisigothe en Aquitaine.

Alaric II, plus diplomate et politique plus avisé que son père, s'efforça de se montrer plus tolérant envers les chrétiens. Il fit rédiger par une commission de légistes, de nobles et d'évêques un traité de droit inspiré des codes romains : le Bréviaire d'Alaric. L'ensemble des mesures qu'il prit en vue de développer la prospérité de la Gascogne ne suffit pas, parce que trop tardif, à réduire l'opposition.

Les peuples de l'ancienne Novempopulanie se rallièrent peu à peu à l'ébauche de résistance gauloise qui s'organisait. Les Francs, arrivés sur la Loire, bénéficièrent de l'appui d'une population qui attendait Clovis comme un libérareur. Celui-ci allait mettre fin au royaume wisigoth en triomphant d'Alaric II à Vouillé, près de Poitiers (507). Les vaincus furent repoussés vers l'Espagne et leurs terres partagées par les vainqueurs qui, convertis au catholicisme, se mêlèrent vite à la population. Les tensions se dissipèrent peu à peu sous le règne du roi franc.

A son décès, en l'an 511, l'Aquitaine devint propriété indivise de ses fils, au nombre de quatre. Elle fut alors partagée de manière arbitraire, pour ne pas dire anarchique. C'est ainsi qu'en 541 la cité d'Elusa fut rattachée à l'Austrasie. De 511 à 584, la province changea six fois de maître, selon le gré des héritiers des Francs, qui l'annexaient, unie ou morcelée, à l'un quelconque de leurs royaumes. Comme d'autre part les comtes mérovingiens se livraient à des pillages incessants du pays, le ferment de la révolte se leva à nouveau. Le peuple, las des exactions de ceux dont il attendait protection, se souleva à plusieurs reprises, soutenant notamment l'équipée d'un aventurier, Gondowald, fils bâtard de Clotaire Ier. En 586, les Burgondes assiégèrent et tuèrent l'usurpateur à Lugdunum Convenarum (Saint-Bertrand-de-Comminges).