Vers la fin du 6e siècle, les Vascons, originaires de l'actuelle Navarre espagnole, franchissent les Pyrénées et lancent des raids en territoire mérovingien. Ils sont tenus en respect par Charibert, tout nouveau roi d'Aquitaine. Son assassinat à Blaye en 631, marque un bref retour de son domaine dans le royaume franc en tant que duché héréditaire, car, en 673, l'Aquitaine redevient indépendante.
Dans ce chaos, l'Eglise est passée sans heurt des prélats gallo-romains aux évêques francs. A la fin du 7e siècle, Burdigala compte au moins neuf édifices de culte. A l'intérieur de son enceinte : la cathédrale, la basilique Sainte-Marie, la basilique Saint-Pierre et l'église Saint-Rémi. A l'extérieur : l'ancienne église-cathédrale Saint-Étienne, la basilique Saint-Martin de la Montagne Judaïque, la première basilique Saint-Seurin, les monastères de Sainte-Croix et de Sainte-Eulalie.
En 720, les Arabes franchissent les Pyrénées. Le duc d'Aquitaine Eudes les vainc à Toulouse, mais ne peut contenir la progression de l'armée d'Abd-al-Rahman, qui pille Bordeaux en 732, avant d'être arrêtée près de Poitiers par Charles Martel. En 781, Charlemagne fait de l'Aquitaine un royaume qui va du Rhône à l'Atlantique. Il nomme un représentant à Bordeaux : le comte Seguin. En 844, Bordeaux voit arriver les drakkars des Vikings sur la Gironde. Ils sont repoussés une première fois, puis une seconde en 845, mais en 848 la ville est prise, incendiée et sa population est massacrée.
En 877, l'Aquitaine se scinde en deux : un duché de Gascogne au sud de la Garonne et un duché d'Aquitaine, qui s'étend à la Saintonge et au Poitou avec Bordeaux comme capitale. Les comtes d'Auvergne, de Toulouse et de Poitiers se querellent. En 973, Guillaume Fièrebrace, comte de Poitiers, se fait reconnaître le titre de duc d'Aquitaine par le roi de France, Hugues Capet. A la fin du 9e siècle, l'Aquitaine, prise en main par les familles comtales et ducales, s'éloigne du royaume.
En 1032, le duc de Gascogne Sanche-Guillaume étant mort sans héritier mâle, son héritage passe à la dynastie des comtes de Poitiers. Bordeaux devient alors la principale ville, sinon la capitale, d'une grande Aquitaine allant de la Loire aux Pyrénées.
Au cours du 11e siècle, l'Église profite d'une paix relative pour organiser le diocèse de Bordeaux. Deux tiers des églises de la ville remontent à cette période. L'abbaye de la Sauve-Majeure est édifiée à la fin de ce siècle sur le plateau de l'Entre-deux-Mers et connaît un exceptionnel rayonnement. Elle est à la tête d'importants prieurés dans le diocèse de Bordeaux, de possessions sur la rive droite de la ville et de maisons, entre autres, dans le quartier de la Rousselle. C'est certainement à cette époque qu'apparaît le château ducal de l'Ombrière, qui est plusieurs siècles durant, l'un des centres de pouvoir de la ville.