miasto utrzymywało swą pozycję najważniejszego ośrodka nowo utworzonej prowincji (diecezji) Aemilia. Upadek cesarstwa przyniósł też upadek Modeny. Ze względu na swe położenie miasto było wykorzystywane jako baza w czasie wojen z barbarzyńcami w czasie wielkiej wędrówki ludów, jak i w wojnach wewnętrznych. Podobno Attyla nie zdobył Modeny dzięki cudom św. Geminianusa, biskupa i późniejszego patrona miasta.
Między V i VII wiekiem kilkakrotnie opuszczana z powodu powodzi. Założono nawet nowe miasto w rejonie miejscowości Cittanova, kilka kilometrów na północny zachód od dzisiejszego miasta. Ostatecznie została zaludniona w końcu IX w., po ustanowieniu jej stolicą biskupią. Pierwszym biskupem został Ludovicus. Okres panowania biskupów zaowocował wzniesieniem romańskiej katedry, w której znajduje się grobowiec św. Geminiano, patrona miasta i lokalnej archidiecezji. W tym czasie powstała pieśń (poemat) Canto delle scolte modenesi. Na przełomie XI i XII w. należała do Matyldy Toskańskiej. Panowanie biskupów skończyło się w 1135, kiedy miasto uzyskało autonomię. W czasie wojen gibelinów z gwelfami Modena stała po stronie cesarza Fryderyka II, czyli znajdowała się w obozie gibelinów. Ponad sto lat później, w 1249, gibelińska Modena została podbita przez gwelficką Bolonię, a w 1288 poddała się Obizzo d’Este z Ferrary.