У середині 11 століття до н.е. напівкочові племена арамеїв, що жили на захід від Євфрату, сталі вторгатися у Вавілонію й Ассирію, що об'єдналися перед обличчям загальної небезпеки. До кінця 8 століття до н.е. їм удалося міцно осісти на західних і північних границях Вавілонії. Починаючи з 8 століття до н.е. в плині декількох століть в історії Вавілонії велику роль стали грати племена халдеїв (калду). Вони жили на березі Перської затоки, уздовж нижнього плину Тигру і Євфрату. У 9 століття до н.е. халдеї міцно зайняли південну частину Вавілонії і почали поступове просування на північ, сприймаючи древню вавілонську культуру і релігію. Халдеї займалися скотарством, полюванням і частково землеробством.
Вавілонія була розділена на 14 адміністративних округів. Столицею з кінця 12 століття став знову Вавилон. Цар розпоряджався великим фондом державних земель, з яких виділялися наділи воїнам за їхню службу. Царі часто дарували земельні володіння своїм наближеної і храмам. Армія складалася з піхоти, кінноти і колесничих, роль яких у війнах була особливо важливою.
У кінці 9 століття до н.е ассірійци часто вторгаються у Вавілонію і поступово захоплюють північ країни. Ассірійська держава в цей час ставати могутнім царством. У 744 році до н.е. ассірійський цар Тиглатпаласар 3 вторгся у Вавілонію і завдав поразки халдейським племенам. У 729 р. до н.е він же цілком захопив Вавілонію. Однак Вавилонія мала статус окремого царства в складі Ассирії. У правління Саргона 2 ассирійці не змогли удержати владу над Вавілоніею. Халдейський вождь Мардук-апла-иддин опанував Вавилоніею і оголосив себе царем країни. У союзі з еламитами він почав війну. Спочатку, у 720-710 р. до н.е. союзники мали успіх. Але незабаром Саргон 2 розгромив Елам і витиснув з Вавілонії Мардук-апла-иддина. Він коронувався у Вавилоні. У 705-703 р. Мардук-апла-иддин знову почав воєнні дії проти Ассирії, але знову невдало. У 692 р. до н.е. вавілоняні повстали проти Ассирії, і уклали союз з Еламом і арамеями. У битві в місцевості Халуле на Тигру обидві сторони понесли важкі втрати, але вирішального успіху не мала жодна сторона. Але в 690 р. до н.е. ассірійський цар Синанххериб осадив Вавилон і в 689 р. до н.е. місто упало. Була учинена жорстока розправа. Багато жителів були убиті, частина викрадена в рабство. Саме місто було до зруйновано, а територія його була затоплена.
Новий ассірійський цар Асархаддон на початку свого правління велів відновити Вавилон і повернути його уцілілих жителів. Вавілонією на правах васального царя став правити Шамаш-шум-укин. У 652 р. до н.е. він уклавши таємний союз з Єгиптом, сірійськими урядами, Еламом, а також із племенами халдеїв, арамеев і арабів, підняв повстання проти Ассирії. У бої на місцевості Дер перемоги не одержала жодна із сторін, але незабаром ассирійцям шляхом двірського перевороту удалося вивести із союзу Елам. Не змогли допомогти Вавілонії й інші союзники. Ассірійци осадили Вавилон і інші міста. Після тривалої облоги влітку 648 р. до н.е. Вавилон упав. Уцілілих жителів чекала жорстока розправа.
Розгром Ассирії і створення Нововавілонської держави
Прагнення до незалежності не слабшало у Вавілонії, однієї із самих розвитих областей Передньої Азії. На початку 626 р. до н.е. спалахнуло повстання проти ассірійського панування, на чолі якого встав халдейський вождь Набопаласар (Набу-апла-уцур). Затвердивши свою владу на півночі країни й уклавши союз з Еламом, він провів ряд удалих походів проти Ассирії. У жовтні 626 р. до н.е. Вавилон перейшов на сторону Набопаласара, і 25 листопада 626 р. до н.е. він урочисто коронувався в цьому місті і заснував тут халдейську (чи нововавілонську) династію. Однак, лише в 616 р. до н.е. вавілонянам удалося захопити одне з найбільших міст Вавілонії - Урук. У цьому ж році вавілоняни осадили ассірійське місто Ашшур, але успіху не мали. Несподівана допомога прийшла зі сходу. У 614 р. до н.е. мфдийци захопили ассірійську провінцію Аррапху, а потім узяли місто Ашшур, винищивши його жителів. Незабаром мидийци і вавілоняни уклали союз. Навесні 612 р. до н.е. союзники, підтримувані скіфами осадили столицю Ассирії - Ніневію. У серпні того ж року місто упало і було зруйновано, а його жителі вирізані. Це була жорстока помста державі, що довгий час грабувала і спустошувала країни Передньої Азії. Частина ассірійської армії зуміла пробитися на захід, у місто Харран і там продовжувала опір, але в 609 р. до н.е. Набопаласар з великим військом завдав остаточної поразки. У результаті катастрофи Ассірійської держави мідійци захопили корінну територію Ассирії, а також місто Харран, вавілонянам же дісталася Месопотамія. Вавілоняни стали готуватися до захоплення всіх областей на захід від Євфрату, що колись належали ассирійцям. Але Єгипет також претендував на ці території і прагнув захопити Сирію і Палестину. Тому в 607 р. до н.е. Набопаласар з величезною армією напав на Каркемиш на Євфраті, де знаходився єгипетський гарнізон, у складі якого були і грецькі найманці. У 605 р. до н.е. місто було узято, а гарнізон знищений. Після цього вавілоняни захопили Сирію і Палестину.
У 605 р. царем став син Набопаласара - Навуходоносор 2. Він продовжував військові походи, і в 605 р. до н.е. він захопив фінікійське місто Аскалон, а в 598 р. підкорив собі Північну Аравію. У цей же час проти Вавілонії повстала Іудея. У 597 р. до н.е. Навуходоносор осадив і взяв Єрусалим, повівши в полон близько 3.000 його жителів. Через 8 років єгиптяни захопили деякі фінікійські міста і спонукали Іудею до нового повстання. Після дворічної облоги вавілоняни взяли Єрусалим. Іудейське царство було ліквідовано, а багато іудеїв були переселені в різні частини Месопотамії. Потім вавілоняни осадили фінікійське місто Тир, що вони змогли взяти тільки в 574 р. до н.е.
Правління Навуходоносора 2 було часом економічного розквіту і культурного відродження Вавілонії. Вавилон перетворився в найбільше місто на Древньому Сході з населенням близько 200.000 чоловік. На одному кінці міста знаходився величезний царський палац, а на іншому - головне святилище вавілонян - Есагила. Це був квадратний будинок, кожна сторона якого мала довжину 400 метрів. Єдине ціле з есагилой складав розташований до півдня семиповерховій зіккурат (східчаста піраміда) висотою 91 метр, що називався Етеменанки (храм наріжного каменю небес і землі). Названий у Біблії "Вавілонською вежею" він вважався в стародавності одним з чудес світу. На вершині вежі, куди вели зовнішні сходи, було розташоване святилище верховного бога Мардука. Одним з чудес світу вважалися також висячі сади, що спочивали на високих кам'яних стінах, що тримали ґрунт і екзотичні дерева. Ці сади призначалися для дружини Навуходоносора Амітіди, що нудьгувала по рідних місцях гірської Мідії.