Мерв стал одной из основных опорных баз сасанидского государства на востоке, и правитель его приобрел титул марзбана (Колесников, 1970, с. 95 и сл.). Однако при обострении конфликтов с восточными соседями Мерв иногда оказывался под ударами врагов. Такие периоды отмечаются отсутствием чекана на местном монетном дворе. Особую роль сыграл Мерв в судьбе последнего сасанидского шаха Иездигерда III. Когда началось завоевание государства Сасанидов арабами, именно Мервский оазис был последним убежищем этого шаха, и здесь он в 651 г. нашел свой конец (Колесников, 1982, с. 131–146). В истории его гибели много неясного, поскольку в событиях принимало участие много политических сил (сам шах со своим окружением, марзбан Мерва Махуйе, жители города, тюрки, призванные из-за Амударьи то ли Иездигердом, то ли Махуйе, арабы), а сообщения историков об их деталях очень различаются. Районы подгорной полосы практически одновременно с Мервом оказались под властью арабов.
Переход власти к арабам в первые десятилетия мало сказался на характере общественных отношений и культуры населения региона. Только с IX в. можно заметить серьезные изменения. Первым существенным знаком перемен стало запустение старого города (городище Гяуркала) и обживание новой территории — к западу от прежней (современное городище Султанкала).
До недавнего времени считалось, что стратиграфия и периодизация памятников Мервского оазиса (а также и памятников подгорной полосы) сасанидского времени хорошо установлены. Основой стратиграфии служили материалы шурфов Эрккалы (их обобщение см.: Усманова, 1963, 1969) и Гяуркалы (их обобщение см.: Филанович, 1974). Однако сравнительно недавно выяснилось, что стратиграфические наблюдения для раннесасанидского времени основывались на неточных нумизматических данных, так как М.Е. Массон, определявший монеты, систематически ошибался, принимая монеты царя Шапура II за монеты Шапура I (Логинов, 1990; Loginov, Nikitin, 1993а, p. 226). Только в последнее время были предприняты усилия для установления надежной стратиграфии этого времени. Наиболее надежными в этом отношении стали материалы Гёбеклыдепе (северная часть оазиса), где четко различаются слои парфянского и раннесасанидского времени, а последние не выходят за пределы IV в. (Кошеленко, Никитин, 1991); правда материал из раскопок этого памятника опубликован только частично. Для подгорной полосы «стратиграфическая колонка» составлена на базе исследований за́мка Акдепе (периоды Акдепе I–V — от II по первую половину VII в.), но она, к сожалению, не опубликована.
В сасанидскую эпоху происходили большие изменения в системе расселения в Мервском оазисе. В эллинистическое время заселены были только территория Гяуркалы (с Эрккалой) и непосредственные окрестности города. В парфянский период осваивались территории к северу от Гяуркалы. Был создан ряд небольших укрепленных населенных пунктов, имевших строго геометрическую планировку (Губаев, Кошеленко, Новиков, 1990; Gubaev, Koshelenko, Novikov, 1991; Bader A., Gaibov, Koshelenko, 1993/4): Дурнали (Bader A., Gaibov, Koshelenko, 1996), Чанглы (Koshelenko, Bader A., Gaibov, 1992), Койне-Кишман (Koshelenko, Bader A., Gaibov, 1993), Кыркдепе (Дурдыев, 1959a) и др. В сасанидское время освоенная территория не увеличивалась, но возросло число населенных пунктов. На территории Мервского оазиса в это время существовало несколько десятков населенных пунктов разного характера. Главным центром оазиса по-прежнему оставался Мерв, состоявший из городской цитадели (Эрккала) (Усманова, 1963) и собственно города (Гяуркала) (Филанович, 1974). Город и цитадель имели укрепления. За городскими стенами располагался пригород. Основная застройка занимала центральную часть Гяуркалы, в углах оставалось достаточно много незастроенного пространства. Город имел четверо городских ворот. Главные улицы шли от них и пересекались в центре (табл. 1, 1).