L'any 409 diverses tribus germàniques (vàndals, sueus i alans) envaeixen la península Ibèrica, que llavors estava sota el decadent Imperi Romà i s'assenten sobre les terres del sud i l'est de la península. L'any 412 els visigots, una altra tribu germànica, s'instal·len al sud de la Gàl·lia, però són empesos pels romans i els francs cap al sud i l'any 415 el seu rei Ataülf instal·la la seva capital a Bàrcino, que reanomenen Barcinona. La capitalitat és efímera, ja que els visigots fan un pacte amb l'Imperi per assentar-se en el sud de la Gàl·lia i Hispània per fer fora les altres tribus germàniques, i poc després s'estableix la capital a Tolosa de Llenguadoc.
A la mort d'Alaric II (507), el seu successor, Gesaleic, abandona Tolosa i torna a establir la capital a Barcinona, on de manera intermitent van residir els reis fins que el rei Teudis va mantenir-la entre el 531 i el 548. Pocs anys després, els visigots establiran definitivament la capital a Toledo.
De l'època visigoda queden pocs vestigis a la ciutat. Cal esmentar la làpida trobada a l'església dels Sants Just i Pastor (que era l'església dels catòlics romans) i altres vestigis que es guarden al Museu d'Història de la Ciutat i algunes restes del mur del Palau visigòtic.
L'any 711 els musulmans envaeixen la Península Ibèrica, i l'any 718, el valí d'al-Andalus, al-Hurr conquereix la ciutat de Barcelona.