538-562 года Византийские войска захватили Болонью. В 540 году после осады остготы вернули город, но в 542 году византийцы снова им овладели. К 562 году, когда сопротивление остготов было окончательно сломлено, город переходил из рук в руки не менее шести раз. Болонья отошла к равеннскому экзархату. Следующие полторы сотни лет прошли в постоянных войнах с лангобардами, вторгавшимися с севера.
727 год Король лангобардов Луитпранд, воспользовавшись религиозными раздорами между Константинополем и равеннским экзархом, вторгся во владения последнего. Болонья оказала упорное сопротивление, но всё же перешла под контроль лангобардов и оставалась их владением до 774 года, пока Карл Великий не завоевал всё королевство. Болонью он подарил папе римскому в 961 году город завоевал король Германии Оттон I.
1158 год Болонцы восстали против империи. В ответ Фридрих Барбаросса вторгся в Италию и осадил город. После того как все возможности сопротивления были исчерпаны, Болонья капитулировала. Городские стены были снесены, а рвы засыпаны.
1270-1290 годы в Болонье разгорелась борьба между гвельфами (сторонники папы римского) и гибеллинами (сторонники императоров). Дело часто доходило до настоящий сражений на улицах. В 1274 году гвельфы одержали победу и изгнали из Болоньи 12 000 гибеллинов (четверть населения). В город вошёл французский гарнизон. В 1282 году гибеллины неожиданно атаковали противника, разбили болонское ополчение и гнали его до самых городских ворот, где устроили бойню: когда ворота закрыли, за ними осталась большая часть разбитого войска.
1796-1815 года Войска генерала Бонапарта 19 июня 1796 года подошли к Болонье. Немногочисленный гарнизон и папские войска разбежались. В 1799 году австрийский отряд выбил французов из города, но на следующий год генерал Шарль Моньер после короткого боя отбил Болонью. В январе 1814 войска неаполитанского короля Мюрата, перешедшего на сторону антифранцузской коалиции, захватили город. В 1815 году тот же Мюрат, пытавшийся установить свою власть в Италии, взял Болонью штурмом, но уже через две недели был выбит оттуда австрийцами.