W schyłkowym okresie panowania perskiego, na przełomie VI i VII w., powstaje tbiliska katedra Sioni. W 627 cesarz bizantyński Herakliusz, po 2-miesięcznym oblężeniu, zdobył Tbilisi przy pomocy Chazarów, którzy „przelali rzeki krwi” i złupili miasto. Odtąd uczty kaganów chazarskich nieraz zdobiły złote i srebrne naczynia zrabowane w Tbilisi. Opisy wspaniałych kosztowności, które stały się łupem najeźdźców, dają obraz bogactwa Tbilisi w VI i VII w. Było ono w tym czasie ludnym i bogatym miastem handlowym. Już w pierwszej połowie VIII w. (736–738) rozpoczyna się długi, trwający do ok. 1050, okres arabskiego panowania w Gruzji. Tbilisi staje się siedzibą emira, któremu faktycznie podlegał cały kraj. Tutaj również stacjonują główne arabskie siły wojskowe. W drugiej połowie VIII w. w Tbilisi działa Abo z Tbilisi, bagdadczyk, który przyjął wiarę chrześcijańską, za co został stracony. Ogłoszony on został później patronem miasta. W 764 miasto zostało powtórnie na krótki czas zajęte i złupione przez Chazarów. Żyjący w tych czasach historyk gruziński Jan Sabanidze wplata w opis najazdu chazarskiego podniosły romantyczny epizod o księżniczce kartlijskiej, która nie chciała wyjść za mąż za innowiercę. W odpowiedzi na odmowę księżniczki wojsko chazarskie napadło na Tbilisi, biorąc ją i jej brata do niewoli.