При Навуходоносоре I (ок. 1124−03 до н. э.) и его наследниках Вавилон вновь стал столицей независимого государства, но к X веку до н. э. над Месопотамией утвердили свое господство ассирийцы. В течение трех веков Вавилоном правили ассирийские цари и их наместники. Им постоянно бросали вызов соседние кочевые племена.
Ассирийцы хорошо относились к Вавилону благодаря его положению священного города, и город обычно поддерживал их в борьбе против племен. Однако в 689 году до н. э. ассирийский царь Синахериб, не желавший мириться с постоянной нестабильностью в регионе, разрушил Вавилон. И хотя его преемник постарался исправить этот акт святотатства, с того времени вавилоняне склонялись к объединению с врагами Ассирии.
В конце концов, под предводительством халдейского царя Набопаласара они вступили в союз с мидянами, иранским народом, и в конце VII века до н. э. разрушили Ассирию.
Сын Набопаласара, Навуходоносор II (605−562 до н.э.), был одним из величайших завоевателей в истории.
Основанное им царство простиралось от Суэца до Ирана. Он отобрал у Египта Сирию и Палестину, ликвидировал древнееврейское царство Иудею и разрушил Иерусалим. Подобно своим предшественникам-ассирийцам, Навуходоносор II сломил дух враждебного ему населения, силой переселяя целые племена. Наиболее известен нам из Библии «вавилонский плен» евреев.
При Навуходоносоре Вавилон находился в зените своей славы. Археологами найдены следы таких сооружений, как террасы Висячих садов и Великой храмовой башни, давшей начало библейской легенде о Вавилонской башне.
В то время Вавилон был почти наверняка самым большим городом в мире, и им продолжали восхищаться еще несколько столетий. Помимо того, что они сберегли шумерскую культуру, вавилоняне совершили ряд важных открытий в области математики и астрономии, которые были переданы грекам, а через них — современному миру.
Нововавилонское царство внезапно прекратило свое существование в 539 г. до н. э., когда город был завоеван персами под предводительством Кира Великого. Согласно легенде, Киру удалось отвести в сторону воды Евфрата, который тогда протекал через город, и армия персов вошла в город по руслу реки.
