В период после смерти императора Александра Севера (222–235 гг.) в 256 и 260 гг., Антиохия подверглась нападениям персов под предводительством шаханшаха Шапура I. Они захватили и увели в плен большое число жителей Антиохии, которых поселили в Месопотамии. Около 337 г. Антиохия пострадала от землетрясения, император Констанций II заново отстроил большую её часть, вложив в это много средств. В начале V в., по сведениям Иоанна Златоуста, в городе было около 200 тыс. жителей, из которых не менее половины были христианами. В октябре 525 г. пожаром был уничтожен центр города; сильное землетрясение 26 мая 526 г. и последовавшие за ним пожары унесли жизни, по-видимому, около 250 тыс. человек, среди которых было немало паломников, прибывших в город на праздник Вознесения, и патриарх Евстафий. 29 ноября 528 г. последовало новое землетрясение (погибло до 5 тыс. человек), а за ним – небывало суровая зима, в связи с чем жители были на три года освобождены от уплаты налогов. В 540 г. Антиохия была взята персидским войском шаханшаха Хосрова I Ануширвана, жителей увели в плен, а город вновь почти полностью оказался разрушен. Император Юстиниан I Великий прилагал огромные усилия, чтобы восстановить Антиохию после всех её бедствий. Городские храмы и общественные здания отстраивались с ещё большей роскошью, жители получали освобождение от податей, однако вернуть городу его прежнее значение уже не удалось: сильно сократилась численность населения, начала сужаться заселённая территория. В составе Арабского халифата в VII–VIII вв. Антиохия ещё сохраняла некоторое значение как центр Антиохийского патриархата, но постепенно склонялась к упадку. В 969 г., при императоре Никифоре II Фоке, Антиохия возвращена Византии и удерживалась до 1084 г., когда была захвачена сельджуками. В период Средневековья Антиохийская церковь потеряла своё прежнее значение, использовалась византийскими императорами как фактор в борьбе за влияние на Ближнем Востоке и фактически находилась под контролем Константинопольского патриархата. Город превратился в один из пограничных опорных пунктов империи; он был окружён землями, которые остались под контролем мусульман. В 1098–1268 гг. Антиохия стала центром Антиохийского княжества, государства крестоносцев на Ближнем Востоке. Здесь была создана латинская церковная иерархия во главе с патриархом, подчинённая Риму; город испытал влияние католичества и западноевропейской культуры. В 1268 г. Антиохия была захвачена мамлюкским султаном Бейбарсом, и почти всё её население было перебито или продано в рабство. В конце XIII в. город на некоторое время запустел и, возродившись, уже никогда не играл значительной роли.