Однако римские императоры, начиная с императора Проба, смогли частично отразить нападения варваров и заключить с ними договоры. Варвары переходили на службу к Риму, получали земли для расселения и брали на себя задачу охраны границ для поддержания порядка. Впервые со времен Цезаря галло-римские города были обнесены стенами и теперь могли служить убежищем для населения. Пережив в III в. кризис, империя была преобразована. Власть императора стала носить неограниченный характер, но сама империя разделялась на части. Греческий мир все дальше в культурном и политическом отношении отделялся от мира латинского.
Укрепление империи сопровождалось изменением религиозной политики. При императоре Диоклетиане (284—305) на христиан в Галлии, как и в других провинциях, обрушились преследования. Так, например, в Лютеции (центре «страны паризиев») был казнен первый христианский епископ Дионисий и два его ученика. Их казнь состоялась на холме за городом, который получил название холма Мучеников (Mons martirum — современный Монмартр). По легенде, св. Дионисий подхватил свою отрубленную голову и прошел с ней несколько миль. На том месте, где он упал, был основан монастырь Сен-Дени — важнейший культовый центр Галлии, а затем Франции.
Убедившись в тщетности попыток сломить христианскую церковь, преемники Диоклетиана прекратили преследования и постарались поставить ее на службу государству. В 313 г. императоры-соправители Лициний и Константин, сами оставаясь еще язычниками, изданным ими Миланским эдиктом признали за христианами свободу вероисповедания. И уже в 314 г. епископы Галлии призвали своих единоверцев не уклоняться впредь от воинской службы, уплачивать налоги и не отказываться от гражданских обязанностей. Захватив всю полноту власти в империи, Константин (306—337) включил христианскую церковь в систему государственного управления и сам в конце жизни принял крещение. Таким образом, христианство в Галлии прошло путь от религии меньшинства — пришельцев из восточных провинций — до официальной, а с 381 г. — единственно разрешенной религии империи. Императоры собирали вселенские соборы для решения спорных богословских вопросов. На Никейском соборе 325 г. был выработан Символ веры (Credo — краткое изложение сути христианского вероучения), проведена канонизация священных книг. Несогласные объявлялись еретиками, отколовшимися от церкви. Так, на Никейском соборе было осуждено как ересь арианство — учение последователей епископа Ария, отрицавшего единосущность Бога Отца и Бога Сына.
Разумеется, жители империи не все и не сразу стали христианами, и даже те из них, кто принял крещение, в своих представлениях и повседневных обрядах зачастую немногим отличались от язычников. Особенно это относилось к сельским жителям: термин «селянин» — paganus (житель пага) стал в эту пору синонимом слова «язычник» (современное французское paien). Поэтому епископские проповеди, призванные доходчиво увещевать сельских жителей, получили название «пропаганда». Как бы то ни было, епископам удалось многого добиться своими проповедями, административным рвением и личным примером, и в последние века Римской империи Галлия стала почти полностью христианской страной. Большим уважением в Галлии пользовался св. Мартин Турский (317—397). Бывший римский солдат, он, став епископом, прославился своим милосердием. Так, встретив однажды бедняка, страдающего от холода, он разрезал надвое свой плащ и отдал ему половину. В «Житии св. Мартина» утверждалось, что в образе бедняка к епископу явился сам Спаситель. Св. Мартин познакомил Галлию с новой формой благочестия, пришедшей с Востока. Он основал в Аквитании первые монастыри: Лигуже близ Пуатье и Мармутье близ Тура.
В этот период галльское общество сильно изменилось, но по-прежнему доминирующую роль в нем играли аристократы — сенаторы. Императоры приписывали к сенаторскому сословию богатых и могущественных людей независимо от их происхождения, включая даже вождей варварских племен, перешедших на службу к Риму. Все они имели право носить римскую тогу — древнюю одежду сенаторов. Сенаторские виллы IV—V вв., как показывают археологические раскопки, представляли собой настоящие дворцы. Роскошь сочеталась в них с оборонительными функциями: они были неплохо укреплены и в них размещались небольшие «частные армии». Сенаторскому сословию также будет суждено пережить Римскую империю. Сельское население было обязано выплачивать Риму прямые налоги, как натурой, так и звонкой монетой. Низшие слои общества, кроме того, несли в пользу государства отработочные повинности (ремонт дорог и мостов, обеспечение транспортом и т. д.). Сеть административного деления совпадала в этот период с церковным: структура епископств и митрополий (церковных провинций) не претерпела во Франции существенных изменений до нового времени.