Thessaloniki erlebt im Byzantinischen Reich eine neue goldene Epoche. Nach Konstantinopel wird Thessaloniki zweitwichtigste Stadt im Reich und Zweitregierungssitz.
Theodosius I. (347 397 n. Chr.) als byzantinischer Kaiser nutzte zunächst Thessaloniki als Standort für seinen Hof. Theodosius I. Schlägt 378 n. Chr. die Goten zurück und tritt aus Dankbarkeit zum Christentum über. Von Thessaloniki aus verbreitet Theodosius I. Sein Edikt, welches das Christentum im Byzantinischen Reich zur Staatsreligion macht.
Im Jahr 390 n. Chr. erheben sich die Einwohner von Thessaloniki gegen die Leibgarde des Theodosius I. Die Leibgarde besteht aus gotischen Söldnern unter dem Kommando von Wüterich. Zur Strafe lässt Theodosius I. im Hippodrom von Thessaloniki zwischen 7.000 und 15.000 Einwohnern ermorden. Genaue Zahlen gibt es keine, sie schwanken je nach Quelle. Theodosius I. wurde daraufhin kurzzeitig exkommuniziert.
In der Folge genoß Thessaloniki eine Zeit des Friedens bis Ende des 6. Jahrhunderts Slawen und Goten erneut vor die Stadttore gezogen sind. Thessaloniki ist 551, 586, 597, 611, und 617 angegriffen worden. Thessaloniki konnte den Angriffen standhalten. Jedoch 620 erschüttert ein Erdbeben Thessaloniki und sorgt für den Einsturz vieler Gebäude. Unter anderem wird das Forum Romanum zerstört. Die Angriffe der Slawen auf Thessaloniki endeten erst 688 unter dem byzantinischen Kaiser Justinianus II.
Thessaloniki ist bis zur ersten Hälfte des 8. Jahrhunderts Bischofssitz. Der Bischof untersteht dem Papst in Rom. Während des Bilderstreits unter Leo III. (717-741) wird Thessaloniki dem Patriarchen von Konstantinopel unterstellt.
Im Jahr 815 wird in Thessaloniki der ältere der beiden Slawenapostel Michael geboren. Sein Bruder Konstantin wird 826 in Thessaloniki geboren. Konstantin und Michael sind unter dem Namen Kyrill (bzw. Kyrillos) und Method (bzw. Methodios) von Thessaloniki in die Geschichte eingegangen.
Im Jahr 904 erobern Sarazenen Thessaloniki. Nach nur drei Tagen Belagerung fallen sie mit ihrem Heerführer Leo von Tripolis in Thessaloniki ein und plündern die Stadt zehn Tage lang. Bei ihrem Abzug haben Sie ca. 20.000 Einwohner von Thessaloniki als Sklaven genommen.
Nach dem Abzug der Sarazenen kommt für Thessaloniki eine Zeit der Blüte. Thessaloniki entwickelt sich als Zweitregierungssitz immer weiter zu einer Handelsmetropole und Wissenschaftsstadt.
Diese Zeit der Blüte und der Ruhe endet für Thessaloniki 1185 mit dem Angriff der Normannen von Sizilien. Am 15. August 1185 greift die normannische Flotte Thessaloniki an. Mit etwa 80.000 Soldaten erobern die Normannen Thessaloniki gegen den erbitterten Widerstand der Bevölkerung. Die Eroberung von Thessaloniki durch die Normannen dauert nur bis zum 24. August. Etwa 3.000 Normannen und 7.000 Einwohner von Thessaloniki fallen. Dem Anführer der Normannen Graf Balduin ist das Kriegsglück aber nicht lange hold. Bereits im darauf folgenden Jahr wird Thessaloniki von Konstantinopel zurück erobert.
Die Eroberung und Plünderung durch die Normannen stellt für Thessaloniki ein nachhaltiges Problem dar. Thessaloniki ist durch den Kampf und die Plünderung sehr geschwächt. Dem nächsten Angriff ist die Stadt fast schutzlos ausgeliefert.