Kerkvader Hiëronymus van Stridon beschrijft de verwoesting door de invallende Germanen. De Franken trokken weg uit Toxandrië naar het zuiden langs de Schelde. Rond 430 veroverden de Salische Franken onder Chlodio Doornik, Kamerijk en later Atrecht. Er vormden zich kleine rijkjes naast elkaar, soms samenwerkend met de Romeinen. Veel steden en oppida werden verlaten en de omvang van de bevolking nam vrijwel zeker aanzienlijk af, terwijl er ook sprake was van een economische achteruitgang. De uitstekende Romeinse heerwegen werden verwaarloosd, zodat reizen moeilijker werd en ook gevaarlijker. Door dit alles nam de handel af. In de handel raakte geld in onbruik ten gunste van ruilhandel. Geld werd in deze tijd nog wel als maatstaf gebruikt om de waarde van te ruilen goederen uit te drukken. De agrarisch-urbane samenleving van de Romeinen veranderde in een agrarische samenleving die zich voornamelijk op het platteland afspeelde. Een aanzienlijk aantal nederzettingen bleef echter bewoond, waar de achtergebleven Gallo-Romeinen schikten zich onder de heersende Germanen om daarin uiteindelijk in op te gaan. Met de hergermanisering ontstond een Germaans-Romeins menggebied waar de talen van de verschillende stammen zich uiteindelijk ontwikkelden tot een Germaanse eentaligheid in het noorden en een Romaanse eentaligheid in het zuiden, met als gevolg dat er vanaf de achtste eeuw een taalgrens viel waar te nemen. Boven de taalgrens ontstond het Oudnederlands uit het Oud-Westnederfrankisch. Deze taalgrens stond echter niet in de weg van economische, politieke en culturele verbanden. In deze periode nam ook de geletterdheid af en alleen de geestelijken konden nog lezen en schrijven en die waren daarmee belangrijk bij het bestuur van het land. De Romeinse landbouw met villae verdween volledig om vervangen te worden door de Germaanse hoeves. Er is dan ook wel sprake van Raumkontinuität, aangezien de gronden wel opnieuw werden bewerkt, maar niet van Ortskontinuität. Enige continuïteit werd wel bereikt doordat de Heerkönige — de Duitse benaming van de Frankische stamhoofden of legerleiders — probeerden hun bestuur te legitimeren door zich te vestigen in de oude Romeinse civitates. Ook sloegen ze naar Romeins voorbeeld munten, waarvan de eersten in Soissons aan het einde van de vijfde eeuw. De Galloromeinse en Germaanse adel gingen via huwelijken na verloop van tijd in elkaar op. Ook slavernij, zoals op de markt van Kamerijk, zou blijven bestaan tot de opkomst van het christendom. Hoewel dat nog niet sterk doorgedrongen was in de samenleving en moest concurreren met andere godsdiensten, bleek de kerkorganisatie in staat om de overgang te overleven. Aangenomen wordt dat voordat het christendom de overheersende godsdienst werd in de Nederlanden, er een mengelmoes van heidense geloven bestond. Onder de Romeinen volgde de eerste kerstening die vooral plaatsvond in de steden. De invloed van deze eerste kerstening was echter beperkt en verdween vrijwel na de volksverhuizingen.

De eerste ooggetuigenverslagen die zijn opgetekend zijn het gevolg van de komst van de Romeinen. In de Commentarii Rerum in Gallia Gestarum beschreef Julius Caesar zijn gevechten in 57 v.Chr. tegen de Belgae in de zuidelijke Nederlanden. Deze Gallische oorlog is daarmee de overgang van de prehistorie van de nog niet bestaande Nederlanden naar de protohistorie. Overleveringen uit deze periode zijn echter nog steeds schaars, waarbij het nodige verloren is gegaan. Pas in de twaalfde eeuw verbeterde deze situatie aanmerkelijk. Caesar benoemde enkele 'Belgische' stammen, waaronder de Menapii als bewoners van het kustgebied van het huidige Vlaanderen en Zeeland en het deltagebied van de grote rivieren. Ten oosten van hen woonden de Eburones, door hem gerekend tot de Germani cisrhenani. Hoewel de eersten aanvankelijk een succesvolle guerrillastrijd voerden, moesten zij zich uiteindelijk overgeven. De Eburones werden verslagen en vrijwel volledig uitgeroeid. Met de oorlog die de Rijn tot noordgrens maakte van het Romeinse rijk kwam een einde aan de eigen ontwikkeling van deze volken. In een periode van relatieve rust vestigden de Batavi zich in onder andere de Betuwe, terwijl de Cananefates naar het huidige Zuid-Holland trokken. Ten noorden daarvan woonden de Frisii. Het gebied van de Eburones werd in het noorden opnieuw bevolkt door de Frisiavones. Door de burgeroorlog in Rome, maar vooral door opstanden en andere moeilijkheden liet de organisatie van het gebied op zich wachten tot Augustus die het gebied aan de linkerzijde van de Rijn indeelde bij Gallia Belgica. In de Augusteïsche tijd was begonnen met de uitbreiding van het wegennet, vooral gericht op de pacificatie van Noord-Gallië en de verovering van Brittannië en Germanië. Drusus moest voor Augustus het gebied tot aan de Elbe veroveren en wist de Frisii te onderwerpen en met hun hulp de Chauken te verslaan. Na de Varusslag in 9 n.Chr. trokken de Romeinen zich terug over de Rijn. Het gebied daarboven bleef een militaire zone, maar na een belastingmaatregel kwamen de Frisii in 28 n. Chr. in opstand, waarna zij en de Chauken vrijwel onafhankelijk werden van de Romeinen, geholpen door het verschuiven van de aandacht naar de invasie van Brittannië. De Rijn werd hierna de noordgrens of limes van het rijk. Onder Tiberius en Claudius werd het gebied van wingewest omgevormd tot onderdeel van het rijk. Tijdens Claudius kwam de romanisering goed op gang, deels door leden van de adel die tot civitas libera of civitas foederata werden gemaakt, maar vooral door het opnemen van de lokale bevolking in de hulptroepen. Ook de verdraagzame godsdienstige politiek hielp daarbij. Desondanks kwamen in het vierkeizerjaar de Bataven in opstand onder leiding van Julius Civilis, gevolgd door andere stammen. Vooral in het binnenland gaven de stammen echter de voorkeur aan de Pax Romana boven de Germaanse vrijheid. Cerialis wist het gebied weer onder Romeins bestuur te brengen, waarna Germania Inferior in 89 het statuut van volledig onafhankelijke provincie verkreeg. Tijdens deze Flavische tijd werd ook het grensgebied geromaniseerd en namen landbouw met de centuriatio-indeling rond de villa rustica en handel sterk toe. Aan deze periode van economische expansie en sterke bevolkingstoename kwam een einde rond 250. Onder Marcus Aurelius werd de Germaanse druk op de limes groter en begon ook een periode van interne onrust naast een groot tekort in de buitenlandse handel. Tijdens de Romeinse crisis van de 3e eeuw verdween het centrale gezag, waarvan onder andere de Franken gebruik maakten door plunderend de Rijn over te steken. Aan het einde van de eeuw stabiliseerde de situatie zich en verdedigden de Salische Franken als bondgenoten de grens. In de vierde eeuw was er regelmatig sprake van Germaanse invallen, maar het einde van de Romeinse overheersing kwam nadat Stilicho in 402 de Romeinse troepen terugtrok van de grensgebieden om Italië te verdedigen tegen de Goten. In 406 werden de Ripuarische Franken verslagen in de slag bij Mainz door de voor de Hunnen vluchtende Vandalen, Sueven, Alanen, Alemannen en Bourgondiërs die daarna de Rijn overstaken en Gallië overspoelden.

Na de val van het West-Romeinse Rijk in West-Europa — het Oost-Romeinse Rijk bleef nog eeuwenlang bestaan — en de daaropvolgende volksverhuizingen raakte het gebied door etnogenese in de zesde en vroege zevende eeuw in drie delen verdeeld. De Friezen woonden langs de kusten, de Saksen in het oosten en de Franken in het zuiden. Clodowech uit de dynastie van de Merovingen wist de Franken te verenigen en een groot deel van Gallië te veroveren. Zijn bekering tot het katholicisme was politiek gezien een sterke zet die hem verzekerde van steun van de Gallo-Romeinse bevolking en de paus. Na de ineenstorting van het Romeinse Rijk bleken de Friezen daar plotseling een centrale ligging te hebben tussen de opkomende Germaanse koninkrijken van de Franken, Angelsaksen en de Scandinaviërs op de Noordwest-Europese handelsroutes. Waar de Franken aanvankelijk zeer weinig belangstelling hadden voor de scheepvaart, waren de Friezen hier op aangewezen in hun land van terpen en water. Was de langeafstandshandel en de geldeconomie in deze periode vrijwel verdwenen, dit gold niet voor de Friezen met Dorestad als economisch zwaartepunt. Deze positie werd vanaf ongeveer 550 versterkt door het verbreken van de Noord-Zuid landroute tussen de Oostzee en de Middellandse Zee door de inval van Slavische volkeren in Oost-Europa. Veel wijst erop dat hun invloed in de zesde eeuw een stuk zuidelijker uitstrekte, mogelijk tot het huidige Antwerpen. Vanaf de zevende eeuw breidde de Frankische invloedssfeer zich in noordelijke richting uit. Friesland werd door de Franken een aantal maal onderworpen, maar de bevolking wist zich ook meerdere keren te bevrijden, vaak na het overlijden van een Frankische koning en de daarop volgende machtsstrijd onder diens zonen.