У I столітті до н.е. посилюється римська експансія в Нижньому Подунав'ї. Римляни створюють провінцію Нижня Мьозія (сучасні Північна Болгарія і Добруджа). У 57 році н.е. вони вводять свій гарнізон в Тіру. На півдні Дністровсько-Прутського межиріччя стояли I Італійський і V Македонський легіони (черепиця з штемпелями цих легіонів була знайдена на лівому березі Дунаю, біля його гирла, біля села Орлівка Одеської області). Деякі дослідники вважають, що південний Траянов вал, перетинаючий межиріччя із заходу на схід, був споруджений римлянами — для боротьби з кочівниками, що вторгалися, проте дані, одержані в результаті розкопок, це не підтверджують.

Римська експансія прискорила формування у гето-даків ранніх політичних утворень. Так, в I столітті до н.е. відоме об'єднання гето-дакійських племен під керівництвом Буребісти, яке, проте, незабаром розпалося. Потім центр політичних утворень гето-даків пересунувся в район Карпат, де в I столітті до н.е. виникають ранні форми державності.

Після двох запеклих воєн (101—102 і 105—106) римський імператор Траян захопив частину земель гето-даків і утворив провінцію Дакія. Вона була заселена римськими і романізованими колоністами. Влада проводила політику романізації гето-даків.

Дністровсько-Прутське межиріччя (і, зокрема, територія сучасної Молдавії) не ввійшло до складу провінції Дакія, і тут романізації як такої не було, проте населення цієї території також відчуло певний римський вплив.

III—V століття. Варвари

У 271 році під тиском варварів римляни вимушені покинути сусідню Дакію і відступити на правий берег Дунаю. Частина романізованого населення була евакуйована, частина залишилася в містах і селах, в основному в передгірних областях. Згодом воно стало одним з елементів етносу волохів, предків східно-романських народів, які пізніше заселили територію Молдавії.

У ході «великого переселення народів» у Дністровсько-Прутське межиріччя проникали різні варварські племена: венеди, герули, готи, гепіди, сармати і інші.

У III—IV ст. на території Молдавії була розвинена черняхівська культура (поселення поблизу сіл Будешти, Собар), носіями якої були фракійці, сармати, венеди, готи і ін.

В кінці IV століття гуни, що спустошили ці землі, розсіяли і знищили племена черняхівської культури, залишки яких пізніше асимілювали слов'янами.

V—XI століття. Слов'яни

В кінці V — початку VI століть почалося широке проникнення слов’ян у Дністровсько-карпатські землі. Долини Дністра, Лозини і Сирета були зручними шляхами в просуванні слов'ян до Дунаю і на Балканський півострів. Осідаючи на землях між Дністром і Карпатами, слов'яни зустріли тут залишки колишнього населення і асимілювали його. Це підтверджує кераміка черняхівського типу, що зустрічається на території ранньослов’янських поселень.

Слов'яни, що заселяли Дністровсько-карпатські землі входили до складу двох великих племінних союзів — антського і склавинського. За свідченням готського історика Йордана, межа між ними в основному проходила по Дністру, проте на півдні межі антського союзу тягнулися аж до Нижнього Подунав'я. Письмові джерела згадують на північному побережжі Нижнього Дунаю таких вождів як Ардагаст, Пірогаст, Мусокій. Одним з крайніх південно-західних антських племен були тиверці, які, як указує недатована частина «Повести временних лет», займали землі по берегах Дністра до Дунаю і Чорного моря. Залишки укріпленого поселення тиверців IX—XI століть знайдені у с. Екімауци (Екімауцьке городище).

Всього на території Молдавії відкрито більше 30 слов'янських поселень VI—VII століть (Хуча, Ганськ (Ханська)) і близько 200 поселень VIII—IX століть (Бранешти, Лопатна, Одая, Алчедар).

У X столітті слов'янські племена, що мешкали в Дністровсько-Прутському межиріччі, знаходилися у сфері впливу, а часом і входили до складу Древньоруської держави. Південну частину Дністровсько-карпатських земель заселяли племена балкано-дунайскої культури, носіями якої в основному були південні слов'яни, що проникли на територію Молдавії в період розповсюдження впливу Болгарського царства на північ від Дунаю (IX—XI століття).

XI—XIII століття. Кочівники

Печеніги, що з'явилися в X столітті в степах Північного Причорномор’я, протягом сторіччя постійно загрожували осілому населенню від Дніпра до Дунаю. У другій половині XI—XII ст. у Дунайсько-дністровські землі перекочували половці (кумани).

В результаті вторгнення кочівників кількість слов'янських поселень Дністровсько-карпатських земель значно зменшилася. У північній лісостеповій області між Карпатами і Дністром в XII—XIII ст. проживали залишки слов'янського населення і проникаючі сюди з предгір Карпат волохи. У XII—XIII ст. у північній частині Дністровсько-карпатських земель, а іноді і у всьому краю розповсюджувалася влада Галицького князівства.

Уздовж Дністра, ближче до Галицьких земель, мешкали «вигонці» — слов'яни, що бігли від гніту бояр з володінь галицьких и волинських князів. У XI—XIII ст. у низов’ях Дунаю існувала державне утворення Берладська земля, з центром в місті Берлад (сучасний Бирлад у Румунії), населення якого (берладники) також складалося з різноплемінних утікачів від феодального гніту з російських князівств.

По сусідству з галицькими «вигонцями» розташовувалися бродники (земля бродників), відомості про яких надзвичайно мізерні.

Частина половців осіла в районі річки Милків; тут в XIII столітті існувала Куманська єпископія, у межах якої проживали і волохи.