À partir duIII^e siècle, la ville se retranche derrière une première série de remparts. En 333 après J.-C., des textes d'un pèlerin mentionnent le castellum de Carcassonne. Ces remparts sont encore visibles dans certaines parties de l'enceinte et servent de soubassements aux actuelles murailles^[. Les tours de la Marquière, de Samson et duMoulin d'Avar sont les témoins en partie intacts de cette enceinte primitive. Cette muraille protège la Cité des attaques extérieures tout en permettant de contrôler les passages sur la voie romaine située en contrebas.

Au milieu duV^e siècle, lesWisigoths prennent possession du Languedoc, grâce probablement à la victoire d'Athaulf pendant sa marche sur Toulouse. La Cité jouit peu à peu d'une relative paix politique jusqu'au règne d'Alaric II, comme l'atteste le nombre important de pièces de monnaie des monarques wisigoths de cette époque. En507, lesFrancs chassent les Wisigoths d'Aquitaine, mais ces derniers conservent laSeptimanie dont fait partie la Cité de Carcassonne. En508,Clovis lance en vain une attaque contre la Cité. En585, une nouvelle attaque deGontran, roi franc deBurgondie est couronnée de succès. Mais, les Wisigoths reprennent la cité peu après et en restent maîtres jusqu'en 713. Au cours duVI^e siècle, Carcassonne devint, avecAgde etMaguelonne, le siège d'un évêché. Unecathédrale wisigothique, dont l'emplacement n'est pas connu, est alors construite.

En725, leWali Ambisa prend Carcassonne à la suite de la conquête du royaume wisigoth d'Espagne par les musulmans. La Cité reste entre les mains des musulmans jusqu'en752, date à laquelle elle est prise par lesFrancs conduits parPépin le Bref. C'est cet épisode qui inspira aux auteurs de l'histoire lalégende de Dame Carcas détaillée plus loin dans cet article.