Tholosa fue entonces incorporada por completo a la Provincia, que durante esta época fue rebautizada como Galia Transalpina, con capital en Narbo Martius.
Durante la guerra civil que estalló tras la muerte del emperador Nerón, Marco Antonio Primo, un nativo tolosano, dirigió los ejércitos del general Vespasiano hasta Italia y entró en Roma en el año 69, estableciendo el gobierno de la dinastía de los emperadores Flavios.
Poco después, en su expansión hacia el sur los francos llegaron a la frontera norte del reino visigodo y la guerra terminó estallando.
Tolosa se convirtió en parte d Aquitania, separada de Narbona, donde los visigodos mantenían una influencia cada vez más reducida.
Aunque su independencia no era reconocida por los merovingios, los duques de Aquitania gobernaban como reyes sobre la región (que por entonces incluía la Gascuña al sur del río Garona) y su capital se encontraba en Tolosa.
Los francos se habían negado a ayudar al duque de Aquitania, deseando aprovechar la situación para recuperar el ducado, por lo que los árabes fueron derrotados por la alianza entre aquitanos y gascones.
La batalla de Tolosa fue una derrota aplastante para los árabes, que se dispersaron y sufrieron graves pérdidas.
Esta batalla todavía es recordada entre los historiadores árabes como el principal obstáculo para la expansión musulmana hacia occidente.
Abderramán derrotó a Munuza y para castigar al duque Odón por su alianza con su adversario realizó un ataque contra Aquitania.
Carlos Martel, mayordomo del rey franco (durante esta época los reyes merovingios era poco más que títeres de sus mayordomos), finalmente decidió actuar frente a la amenaza árabe que avanzaba hacia su reino, reunió un ejército y se enfrentó a los árabes cerca de Poitiers.
En el año 781 Carlomagno creó el Reino de Aquitania, que abarcaba toda la Aquitania actual (incluyendo Gascuña) más la costa mediterránea desde Narbona a Nimes (territorio conocido durante la época como Gothia), y cedió la corona del nuevo reino a su hijo de tres años Luis.
Primero conquistó Gothia, derrotando a su conde rebelde (que se había aprovechando de las luchas entre los carolingios para separarse del gobierno imperial) y lo ejecutó.
Carlos el Calvo confirmó oficialmente a Frédelon como conde de Tolosa y poco después sometió toda la Aquitania.
Se trataba de un favor especial, ya que normalmente los condes eran solo agentes administrativos y no eran elegidos en la misma familia.
Los diversos condes del territorio de la antigua Aquitania eran todos independientes y no reconocían ninguna autoridad superior.
Finalmente, a la muerte del rey carolingio Luis V en el año 987, la facción de Roberto el Fuerte consiguió apoderarse del trono y Hugo Capeto se convirtió en rey de Francia, poniendo fin a la dinastía carolingia.
Tras su muerte estalló una guerra sucesoria, y la ciudad de Tolosa fue asediada en varias ocasiones por los pretendientes al condado.
Con la muerte del conde Alfonso en la Segunda Cruzada en Cesarea, se creó en Tolosa una administración de 8 “capitouls o capitularios.
Durante esta época pasaron a llamarse cónsules y pronto se opusieron al conde Raimundo V.
Con 24 miembros, posiblemente elegidos, los capitouls asumieron la administración de la policía, el comercio, los impuestos y comenzaron conflictos con las ciudades cercanas.
Raimundo VI reconoció el apoyo que había recibido de la población y cedió numerosas prerrogativas a los Capitouls.
El conde Raimundo VII fue acusado de herejía y murió en 1249, dejando como heredera a su hija Juana.
Sin embargo, desde mediados del siglo XIV, la llegada de la peste, así como varios incendios e inundaciones devastaron los barrios tolosanos.
La nueva riqueza fue utilizada en la renovación arquitectónica y la construcción de edificios públicos que todavía hoy son distintivos del casco viejo.
Durante el siglo XVII también llegó a Tolosa una asociación secreta la AA (asociatio amicorum), formada por eclesiásticos y eruditos, que predicaban una fe exacerbada.
Durante este período la nobleza y el clero tolosanos se enriquecieron con una economía cada vez más pecuniaria.
Tolosa no olvidó su entusiasmo religioso tradicional, aunque a finales del siglo XVIII entró en cierto declive.
El Parlement local, influenciado por la sociedad AA, reguló la vida religiosa y condenó a los protestantes tolosanos.
Durante esta época los Capitouls pasaron a ser elegidos por el Parlement, y solo se permitían 8 representantes.
La influencia regional de Tolosa, anteriormente asegurada por su Parlement, fue reducida a un departamento, el del Alto Garona.