Исследователи полагают, что в этот период к древнему порту, заваленному обломками иродианских бетонных конструкций, скрытых под водой, стало опасно приближаться, и мореплаватели вставали на якорь на значительном расстоянии от гавани. Около 500 г. была предпринята попытка построить гавань заново: на внутренней стороне северного мола исследователи обнаружили остатки небольшого византийского волнолома. Однако в середине VI в. в результате очередного землетрясения был разрушен и византийский волнолом, и часть верхнего акведука города. Археологические исследования показали, что в раннеарабский период внутренняя гавань Кесарии Приморской была искусственно засыпана, а в аббасидское время превращена в кладбище. Вплоть до эпохи Крестовых походов в городе находилась только небольшая бухта. Новая попытка расчистить гавань была предпринята в Средние века. Сохранились остатки небольшой гавани эпохи крестоносцев, со сравнительно широким молом (ширина 6 м), выдающимся в море на 120 м и укреплённым прямоугольной башней. Систематические подводные исследования доказали существование древних естественных гаваней в окрестностях античной Кесарии Приморской, использовавшихся ещё с эпохи поздней бронзы. Множество обнаруженных здесь каменных якорей, вес которых не превышает 50–60 кг, свидетельствует о небольших судах, заходивших в гавани. В 300 м к северу от иродианского порта, между прибрежными скалами и группой небольших островов, исследователи обнаружили удобную бухту глубиной 3–6 м. Разведки Хайфского универсиитета и Израильской службы древностей, проводившиеся в 1990 – 2000-гг., выявили каменные якоря, части затонувших судов и грузов эллинистического, римского и византийского периодов. Похожая естественная гавань была открыта и в 1 км к югу от иродианского порта. Подводные разведки 1985–2005 гг. позволили исследователям поднять богатый материал разных периодов. Так, были найдены свинцовые слитки от 7 до 20 кг, каменные якоря весом 50–100 кг и бронзовое оружие, датированное периодом поздней бронзы. К римскому времени относятся монеты, бронзовая посуда и скульптура, множество амфор; груз затонувшего позднеримского судна, состоявший из 20 свинцовых пластин общим весом 750 кг, видимо, предназначенный для переплавки. Груз другого затонувшего корабля IV в. н.э. состоял из грубо обработанных деталей мраморной облицовки и предназначался, как полагают исследователи, для строительства в Кесарии Приморской. Таким образом, первый в мире глубоководный искусственный порт, выстроенный Иродом на месте небольшой естественной бухты, существовал всего около ста лет. Постоянное поддержание огромного портового хозяйства в рабочем состоянии требовало усилий, невозможных для следующих поколений. Стихийные бедствия только ускорили обмеление кесарийской гавани и закрытие порта. Тем не менее, на протяжении всего периода Античности Кесария Приморская считалась крупным торговым городом-портом, хотя круглогодичной глубоководной гавани у неё уже не было.