De 908 à 811 av. J.-C. environ, la Babylonie établit des contacts soutenus avec l’Assyrie.
Puis, les Assyriens envahissent la Babylonie et destituent successivement deux rois. Le pays sombre dans l’anarchie. Au cours du VIIIe siècle, des rois chaldéens issus de trois tribus différentes de Sémites de l’Ouest et des souverains babyloniens occupent en alternance le trône de Babylonie composée de peuples chaldéens, araméens, arabes et babyloniens.
Peu après le milieu du VIIIe siècle, l’Assyrie se redresse sous le règne de Teglat-phalasar III qui se lance dans un programme de conquêtes, politique que poursuivent les cinq occupants suivants du trône assyrien.
Les relations entre l’Assyrie et la Babylonie sont ambiguës. La première vénère certes la civilisation plus ancienne et plus avancée qu’est la Babylonie, lui enviant l’antériorité de ses villes et de ses cultes religieux et sa suprématie dans les domaines du savoir et de la littérature ; en revanche, sur le plan politique, l’Assyrie se méfie de ce pays, constitué d’un mélange de population, dirigé par des rois issus alternativement de groupes d’intérêt rivaux. Après 731 av. J.-C., l’Assyrie décide d’administrer directement la Babylonie et installe sur le trône des rois à sa convenance, successivement renversés par des révoltes menées par les Chaldéens, qui installent à leur place des rois de leur choix.
Enfin, le monarque assyrien Sennachérib (704-681), irrité par le meurtre du prince héritier, qu’il avait placé sur le trône de Babylone, reprend la ville en 689. Ses soldats pillent le site, détruisent les principaux édifices et dévient le cours de l’affluent de l’Euphrate de manière inonder la ville qui devient un véritable marécage ; les statues des dieux sont transférées et conservées en Assyrie. Les Babyloniens sont anéantis par la destruction de leur capitale et de leur centre cultuel ; lorsque Sennachérib est assassiné huit ans plus tard par l’un de ses fils, les Assyriens eux-mêmes expriment le tourment que leur cause la colère des dieux provoquée par le comportement sacrilège de leur roi vis-à-vis de Babylone.
À Babylone, la valse incessante des rois cesse ; après la mort de Sennachérib, son fils Asarhaddon (680-669) règne sur l’Assyrie et la Babylonie et reconstruit Babylone. Asarhaddon partage ses fonctions royales entre deux de ses fils : Assurbanipal (668-631) qui reçoit le trône d’Assyrie et Shamash-shum-ukin (667-648) celui de Babylonie. Assurbanipal limite le pouvoir de son frère ; Shamash-shum-ukin constitue alors une vaste coalition de Chaldéens, Araméens, citadins du nord de la Babylonie, Élamites et Arabes et déclenche une guerre civile, qui divise le royaume d’Assyrie et l’affaiblit jusqu’à la mort d’Assurbanipal.
Profitant de la crise de succession, Nabopolassar, un personnage de souche obscure probablement originaire de la Province du Pays-de-la-Mer, (région bordant le Golfe Persique), s’empare du pouvoir à Babylone en 626 et s’y fait proclamer roi. Pendant les années qui suivent, Nabopolassar et ses alliés les Mèdes combattent les Assyriens. Ninive tombe en 612 et l’empire assyrien s’écroule. En automne 605, Nabuchodonosor II hérite de la Babylonie à la mort de son père et repart au combat contre les Egyptiens et les Arabes. L’hégémonie babylonienne sur la Syrie-Palestine est un fait acquis au début du VIe siècle.

Nabuchodonosor II (605-562 avant J.-C.)

Les deux tiers de la durée de vie de l'empire néo-babylonien sont occupés par un seul règne, celui de Nabuchodonosor II, qui occupe le trône pendant 43 ans (605-562 avant J.-C.). Les ambitions monarchiques du roi de Babylone sont non seulement territoriales, mais également édilitaires et artistiques : ses conquêtes et la richesse de l'empire lui en fournissent les moyens ; le butin des villes conquises et sa politique de déportation des populations - notamment des intellectuels et les artisans spécialisés -, permettent au roi de lancer de grands programmes de construction et lui fournissent, à modeste prix, la main d'œuvre indispensable aux travaux. Nabuchodonosor est le constructeur de la grande et magnifique Babylone à laquelle la Bible fait de nombreuses allusions. Il est aussi celui de la Babylone somptueuse décrite par Hérodote.
Son souci de défendre Babylone et la Babylonie contre toute attaque possible oblige Nabuchodonosor à renforcer l'appareil défensif de la ville, ce qui inspire à ses architectes des réalisations grandioses ; la ville est enclose dans un formidable système défensif, consistant en deux enceintes qui en font une place-forte redoutée et admirée par ses ennemis ; les murailles internes sont percées de huit portes, dont la porte d’Ishtar, reconstruite plusieurs fois au cours du règne de Nabuchodonosor et qui devint l'un des symboles de la puissance de Babylone et de sa magnificence ; à travers elle, passait la voie processionnelle de Marduk. A ces formidables murailles, Nabuchodonosor ajoute, au Nord, à l'endroit le plus vulnérable de Babylone, deux grands bastions, un sur l'Euphrate le long du côté ouest du palais sud et un autre au nord, en dehors du mur de la ville, entre la porte d'Ishtar et la rivière. Nabuchodonosor possédait trois palais à Babylone, tous situés à l’est de l’Euphrate, sur sa rive gauche, et dans la partie nord de la ville ; pour construire le « Grand Palais » (palais Nord), Nabuchodonosor fit bâtir une grande structure en terrasse ; il est possible que des “ jardins suspendus ”  aient pris la forme de gradins descendant en paliers successifs jusqu’au fleuve, bordé par un parc.
Au cœur de Babylone, près du cours de l’Euphrate, se trouvait le complexe cultuel le plus important du royaume : le sanctuaire du dieu suprême Marduk, formé de deux ensembles architecturaux, dont la fameuse tour à étages Etemenanki, la « maison, fondement du ciel et de la terre ». C’est ce lieu qui nourrit encore aujourd’hui l’imagination des hommes, et qui est considéré comme le cadre biblique de la construction de la Tour de Babel (Genèse 11, 1-9). Les fouilles archéologiques allemandes ont démontré qu’il s’agit bien ici de la tour décrite dans les sources historiques.
Outre de grands travaux d’aménagement dans le complexe cultuel de Marduk, Nabuchodonosor II restaura plusieurs temples importants : huit temples, dont la ziggurat, ont été retrouvés par les fouilles, sur la rive Est du fleuve et huit autres temples sont localisés approximativement grâce aux données des textes topographiques et des contrats qui livrent des données précises pour les maisons ou les biens vendus, près des temples.
A sa mort, survenue en 562, Nabuchodonosor II lègue à ses successeurs un empire s’étendant sur la Mésopotamie et le Levant ; sa succession (il aurait eu cinq fils) entraîne une période d’instabilité qui dure plusieurs années ; c’est Amel-Marduk qui succède à son père (556-554) mais son court règne se termine par une conjuration au terme de laquelle un certain Nériglissar, son beau-frère, s’empare du trône ; ce dernier connaît un règne court dont le seul événement connu reste une campagne en Cilicie ; à sa mort en 556, son fils Labashi- Marduk monte sur le trône mais succombe trois mois plus tard à une autre conjuration de palais qui porte au pouvoir un certain Nabonide, probablement originaire d’Harran en Syrie du nord et d’ascendance culturelle assyro-araméenne. Les origines harraniennes de sa famille expliquent sa dévotion pour le dieu lune Sin. Nabonide conclut, semble-t-il, une alliance avec Cyrus ; une guerre éclate entre les Perses et les Mèdes tandis que Nabonide part en campagne en Arabie ; il s’établit dans l’oasis de Tayma où il aurait construit une réplique du palais de Babylone ; le séjour du roi à Tayma est relaté non seulement par les sources babyloniennes, mais il laissa aussi un souvenir tenace dans la tradition juive. Le motif de la folie de Nabuchodonosor changé en bête et errant dans la steppe, que l’on retrouve dans le livre de Daniel, n’est qu’une légende inspirée par l’exil de Nabonide.
Revenu à Babylone à l’automne 543, Nabonide s’occupe de promouvoir le culte du dieu-Lune, provoquant ainsi la colère des clercs du dieu Marduk. Durant l’été 539, les Babyloniens s’attendent à une offensive perse d’envergure : Nabonide fait envoyer les statues des principaux dieux du royaume vers la capitale pour les protéger d’une capture éventuelle. L’invasion attendue a lieu au début octobre. Les armées babyloniennes sont écrasées à Opis non loin de l’actuelle Baghdad, et le 12 octobre l’armée perse entre à Babylone, mettant un terme à l’histoire de l’antique Babylonie comme entité politique autonome.