Четырехсотлетний период правления в Вавилоне аморейской династии обычно называют временем упадка культуры. Однако результаты последних исследований позволяют нам усомниться в справедливости данного предположения. Касситские цари, несомненно, переняли вавилонскую культуру и язык, а также продолжили придерживаться традиций, на которых было основано вавилонское общество. При этом путем проведения ряда административных преобразований и привнесения феодальной системы они наделили Вавилонию новой социальной идеологией. В период царствования касситской династии сформировались литературные каноны, был записан ряд произведений. Окончательную редакцию, ставшую стандартной для более позднего времени, получили многие сочинения, появившиеся еще в шумерский период или основывающиеся на литературе того времени. Например, именно тогда возникла финальная редакция эпоса о Гильгамеше.
За временем правления касситской династии последовал период неурядиц. В источниках сохранились имена лишь нескольких правивших в то время царей, которые сумели так или иначе проявить себя. Ассирия набирала силу и все чаще стала вмешиваться в дела Вавилона. Время от времени разгорались конфликты с Эламом, государством, находившимся в юго-западной части современного Ирана, однако ни одна из противоборствующих армий не могла одержать верх над противником. После почти двухсотлетней зависимости от ассирийских царей угнетенные жители Вавилона подняли восстание, во главе которого стоял представитель так называемой нововавилонской династии, халдейский узурпатор Набопаласар (625–606 до н. э.).
Даже несмотря на союз, заключенный с египетским правителем, ассирийский царь не сумел отбить атаку вавилонской армии, которая совпала по времени с нападением на ассирийские города войск мидийцев, иранского народа, который в период правления Киаксара снова привел на территорию Месопотамии жителей восточных гор. В 614 г. до н. э. Киаксар захватил Ашшур, наиболее чтимый ассирийский город. После этой битвы он встретился с Набопаласаром, армия которого, также выступившая против ассирийцев, стояла за городскими стенами. Между мидийцами и вавилонянами был заключен договор, согласно которому стороны обязались не воевать друг с другом, и обе армии отправились домой. Через два года, в 612 г. до н. э., объединенное вавилонско-мидийское войско выступило против Ниневии, и после кровопролитного сражения город был захвачен, безжалостно разграблен и разрушен.
Коварные вавилонские цари сумели использовать вторжение народов, обитавших в горных районах к востоку от Месопотамии, которое люди, жившие на берегах Тигра и Евфрата, уже испытывали, когда к ним проникли гутии, хурриты и касситы, а затем и мидийцы, чтобы подавить военную и политическую мощь Ассирии. Освобожденный от ассирийского давления, Вавилон переживал во времена царствования Набопаласара и его сына и преемника Навуходоносора II (605–562 до н. э.) возрождение. Город снова стал одним из крупнейших торговых центров древнего Ближнего Востока, и всей Вавилонии удалось вернуть утерянную некогда мощь. Строились огромные дворцы и храмы, но в то же время нововавилонские цари начали масштабную кампанию по восстановлению зданий, унаследованных ими от более ранних эпох. До нашего времени сохранились дорога процессий и ворота Иштар, построенные с потрясающим мастерством и ставшие свидетельствами того великолепия, с которым архитекторы Навуходоносора украсили столицу. Процветала торговля. Всевозможные товары в Междуречье привозили караваны и торговые суда из Африки, Южной Аравии и Индии. При этом сообщение со странами, расположенными на севере и северо-западе, осуществлялось по Тигру и Евфрату. Сохранились тысячи текстов, благодаря которым нам известно о торговых взаимоотношениях и всех аспектах общественной жизни нововавилонского периода. Последние достижения вавилонской науки отразились в трудах месопотамских астрономов и хроникеров. В вавилонских храмовых школах изучали произведения древней литературы, и во многих случаях более ранние сочинения известны только по записанным в те времена пересказам.