Направляясь к Константинополю, Иовиан скончался в Дадастане. Тогда начались поиски нового кандидата на престол. Армия двинулась к Никее, где собрание гражданских и военных чиновников выставило несколько кандидатов. Собрание решило избрать Валентиниана и послало ему весть в Анкиру. Павел Диакон и Аврелий Виктор утверждают, что Валентиниан был избран по причине популярности отца в армии. Прибыв в конце марта в Константинополь, Валентиниан собрал совет, где поставил вопрос о назначении соправителя. 28 марта 364 года он избирает в качестве своего соправителя брата Валента. Они разделили между собой империю.Валентиниан I (364–375) и Валент II (364–378) Валентиниан стал правителем западной половины империи, Валенту доверили управлять восточной. Во внешних делах братьям пришлось вести упорную борьбу с германцами. Валент преждевременно погиб во время своей кампании против готов. На Западе Валентиниану I наследовали его сын Грациан (375–383) и одновременно провозглашенный войском сводный брат последнего, четырехлетний Валентиниан II (375– 392). После же смерти Валента (378 г.) Грациан назначил августом Феодосия, которому поручил управление восточной половиной империи и Иллирик. На западе в 365 году алеманы вторгаются в Галлию и начинается продолжительная война против алеманов ( до 374года) Весной 368 года римляне пересекли Рейн. Они не встретили никакого сопротивления, пока не достигли Солинициума, где встретили огромную армию алеманнов. В этом сражении римляне одержали победу. После этого легионы вернулись на зимовку в Трир. В 367-369 проходит Британская компания против пиктов, которую по поручению Валентиниана возглавил Феодосий ( будущий император) Осенью 375 года Валентиниан скоропостижно скончался. Валентиниан был одним из последних сильных римских императоров. Основной задачей Валентиниана было укреплять империю, которая пережила шестьдесят лет внутренних волнений. Его провинциальное происхождение и приверженность к никеизму были противопоставлены сенаторской знати. Он сумел одолеть алеманнов, навести порядок в Британии и Африке благодаря помощи одаренного полководца Феодосия. В его правление христианство окончательно укрепляется в Римской империи, вытесняя последние остатки язычества. После смерти Валентиниана начнется снова упадок империи. В 378 году Валент проигрывает Адрианопольское сражение. Грациан и Валентиниан II погибают спустя небольшой промежуток времени. после смерти Валентиниана I его сын Грациан стал правящим императором в возрасте 16 лет. Одним из самых значительных его деяний в качестве правителя было назначение в 379 году военачальника Феодосия (получившего прозвище Великий) императором восточной части Римской империи. Местом жительства Грациана была императорская резиденция в городе Трире. 24-летний Грациан был убит заговорщиками в Галлии в результате военного мятежа Магна Максима. Валент II, брат Валентиниана I правил на востоке империи. В 367-369 году он провел первую войну с готами(вестготами) Следующие годы его внимание было приковано к восточной границе,где происходили периодические стычки из-за Армении с Сасанидской Персией. С 376 года началась новая война с готами, продолжавшаяся до 382 года. Сперва вестготы под натиском гуннов попросились поселиться на территории империи в провинции Мезия. Разрешение было ими получено, но затем отношения с готами испортились и в 377 году началось восстание вестготов и примкнувших к ним остготов, аланов и гуннов. Зимой 377/378 года Грациан хотел поспешить на помощь своему дяде Валенту, но его отвлекло вторжение алеманнов в Рецию. В этой ситуации Валент решил лично отправиться во Фракию во главе армии. Генерал Фригерид и прибывший с запада новый командующий фракийскими армиями Себастиан пытались убедить подождать прибытия Грациана с его победоносными легионами, однако Валент не внял предостережениям. После краткого пребывания во Фракии, направленного на укрепление рядов армии, Валент отправился в Адрианополь. Оттуда он выступил против объединенной варварской армии 9 августа 378 года, не дождавшись легионов Грациана, уже вступивших в Болгарию. Накануне были предприняты переговоры, однако они провалились, когда римский отряд сделал вылазку и спровоцировал начало боя. Исход битвы решила стремительная атака готской конницы на правый фланг римлян. Затем часть готской конницы отошла и, обойдя римлян, напала на их левое крыло. В это время пехотинцы Фритигерна покинули вагенбург и атаковали противника с фронта. Окружённая со всех сторон римская армия была полностью разбита. На поле битвы пало две трети римского войска, оба военачальника Траян и Себастиан, и не менее тридцати пяти командиров высшего ранга. Те кто спасся, были обязаны жизнью не в последнюю очередь тому обстоятельству, что битва началась под вечер и безлунная ночь затрудняла преследование. Западно-римский император Грациан явился со своими войсками слишком поздно и уже не смог предотвратить катастрофы. Римское поражение смог частично компенсировать лишь преемник Валента Феодосий I Великий. Сам Валент погиб в этой битве. Адрианопольская битва означала начало развала римской государственности. С этим соглашались и современники: Аммиан Марцеллин называл это поражение тяжелейшим в римской истории и имевшим столь же пагубные последствия, как и битва при Каннах, а Руфин назвал его «началом всех дальнейших бед Римской империи» После гибели императора по заведенному в империи порядку Грациан ( правитель западной части госудасртва) должен был назначить соправителя для управления Восточной частью Римской империи, причем ввиду сложившейся обстановки желательно из числа людей, обладавших военными талантами. По мнению историка Дэвида Вудса у Грациана фактически не было выбора, поскольку все его полководцы, судя по именам, были родом из варваров, и только командующий войсками в Иллирике Флавий Феодосий происходил из благородной римской семьи. Да и Феодосий являлся на тот момент самым лучшим полководцем империи. Таким образом, с 379 года на востоке Римской империи правителем стал сильный император, который в итоге сумел через некоторое время в последний раз в истории объединить западную и восточную части Римской империи.
Другие императоры