W IV w. chrześcijaństwo przekształciło się w religię państwową Cesarstwa Rzymskiego, a na Bałkanach powstała gęsta sieć gmin chrześcijańskich. We wszystkich większych miastach zakładano również biskupstwa, m.in. w Sisaku, Osijeku, Vinkovcach, Tomislavgradzie. Wraz z rozprzestrzenieniem się chrześcijaństwa wzmogły się procesy romanizacji ludności iliryjskiej. W VI–VII w. stopniowo ulegały zapomnieniu stare nazwy plemienne ludów iliryjskich. Panowanie Rzymian pozostawiło po sobie liczne obiekty użyteczności publicznej, tj. termy, świątynie, drogi, amfiteatry, z których wiele istnieje do dziś, m.in. amfiteatr w Puli, pałac Dioklecjana w Splicie, Łuk Sergiusza czy świątynia Augusta.
Cesarz Dioklecjan, w 297 r., wprowadził nowy podział administracyjny i podzielił całą Panonię na cztery części. Górną Panonię (Panonia Superior) podzielono na: Pannonia Savia z centrum w grodzie Siscium (Sisak) i na Panonię Prima (lub Panonię Superior). Dolna Panonia została podzielona na Panonię Secunda (lub Panonię Inferior) z ośrodkiem w Sirmium (Sremska Mitrovica) i na Panonię Valeria z ośrodkiem w Sopianae (Pecz). W 395 r. cesarz Teodozjusz Wielki podzielił cesarstwo między dwóch synów, tworząc cesarstwo wschodniorzymskie i zachodniorzymskie.