Istoria orasului Dionysopolis o va impartasi in continuare pe aceea a Dobrogei, integrata Imperiului Roman, reperele importante fiind aparitia si raspandirea crestinismului sau navalirile barbare, accentuate prin "Criza imperiala" din secolul III. La capatul acestei crize, imparatul Diocletian creeaza provincia Scythia Minor (actuala Dobrogea), care din anul 395 va apartine Imperiului Roman de Rasarit (Bizantin).
Desi a fost reparat de imparatii Licinius, Iulian Apostatul si Valens, orasul va suferi distrugeri mari in timpul migratiilor din secolele V-VI (este mentionata si o mare inundatie provocata de un tsunami in secolul al VI-lea) si va decadea treptat. Au trecut succesiv prin zona gotii, ostrogotii, antii, slavii, bulgarii, gepizii, cutrigurii, avarii. Dintre toti, slavii au avut cea mai mare influenta, stabilindu-se in numar mai mare la sud de Dunare, mai ales la inceputul secolului al VII-lea, secol in care provincia va fi reorganizata de imparatul Constantin al IV-lea in "Thema Scythia".
Curand dupa aceasta insa, hanatul bulgar al lui Asparuh, ajuns la nord de Dunare in urma luptelor cu khazarii, castiga in anul 680 razboiul cu Imperiul Bizantin si cucereste Dobrogea si Moesia. Un an mai tarziu hanatul este recunoscut ca stat independent (Primul Tarat Bulgar), dar bizantinii si-au pastrat controlul inca 3 secole asupra tarmului Marii Negre, cu intermitente si asupra zonei vechii cetati Dionysopolis. Aceasta, daca nu disparuse, oricum nu mai avea caracter urban, decazand si datorita dezvoltarii cetatii vecine Varna. Reconstructia ei s-a facut cu aportul din ce in ce mai mare al proto-bulgarilor, sus pe podisul ce domina vechea asezare (loc unde se mai pastreaza vestigii ale asezarii medievale din secolele IX-XIV). In anul 895, prin Dobrogea au trecut si triburile maghiare, venind din Bugeac, iar in secolul urmator sunt mentionati primii stapanitori feudali locali, probabil de origine slava ("Jupan Dimitri" in sudul Dobrogei).
Cu sprijinul imparatului bizantin Nichiphor al II-lea Phokas, cneazul Sviatoslav I al Kievului ataca Taratul Bulgar si ocupa Dobrogea in anul 968, mutand capitala Rusiei Kievene pentru 3 ani la gurile Dunarii. In 971 insa, imparatul Ioan I Tzimiskes il invinge pe Sviatoslav si il alunga din Tracia si Dobrogea, restabilind in zona autoritatea bizantina. Odata cu apogeul Primului Tarat Bulgar, sudul Dobrogei va fi anexat acestuia de catre tarul Samuil, care in prima faza l-a invins pe imparatul Vasile al II-lea Bulgaroctonul; acesta revine in anul 1000 si distruge complet pana in 1018 Taratul Bulgar, organizand in Dobrogea "Strategia Dorostolon" si apoi "Thema Paristrion / Paradunavon".
Stapanit de bizantini intreg secolul al XI-lea, tarmul sudic al Dobrogei va fi cunoscut si el, ca intreaga regiune, invaziile pecenegilor, uzilor si cumanilor; in aceeasi perioada sunt mentionati in zona si lideri locali, precum Tatrys/Tatos, Sestlav siSatza (probabil pecenegi) sau Pudila (vlah). Incepand cu secolul XII, dominatia cumanilor s-a accentuat, iar dupa infrangerea acestora din anii 1122-1123 de catre imparatul Ioan al II-lea Comnenul, asimilarea lor de catre bastinasii vlahi va duce la aparitia elementului etnic romanesc la Dunarea de Jos, coabitant cu cel slavo-bulgar. Aceste doua principale populatii autohtone, impreuna cu resturile cumanilor, au participat in 1185-1186 la rascoala Asanestilor.
Dobrogea va ramane in granitele imperiale pana la inceputul secolului al XIII-lea, cand, in contextul inlocuirii Imperiului Bizantin cu cel Latin de Rasarit, va intra sub autoritatea Imperiului Vlaho-Bulgar al Asanestilor (Al Doilea Tarat Bulgar).
In 1241 coloana sudica a marii armate mongole, sub conducerea lui Kadan, a invadat si Dobrogea, in drumul sau spre vest. Autoritatea Asanestilor a fost slabita, si drept consecinta, Hoarda de Aur si-a extins stapanirea si asupra Dobrogei; de atunci a inceput colonizarea zonei cu turci selgiucizi si tatari islamizati (parte din urmasii acestora, traind printre crestini, au devenit gagauzii de mai tarziu). Tot in aceasta perioada, datorita vremurilor nesigure, orasul s-a mutat din nou spre mare, in locuri mai greu accesibile - inaltimile aparate natural (in special dealul mare, numit Djinna Bair, unde s-au descoperit vestigii ale constructiilor din secolele XIII - XIV).
Dupa 1300, zona a trecut din nou in stapanirea celui de-al Doilea Tarat Bulgar, sub conducerea tarului Teodor Svetoslav, pentru ca 25 de ani mai tarziu sa faca parte din principatul independent numit "Tara Carvunei". De la numele primului conducator al acestui mic stat feudal, Balik (Balica), se considera ca provine denumirea de Balcic, mentionata oficial abia in documente din secolul al XVI-lea. In primii ani ai intemeierii noului stat, este mentionat si un mitropolit, Methodius, sub autoritatea caruia se afla nucleul noului stat, si anume zona Varna - Balcic - Carbona/Karvuna.
Secolul al XIV-lea este deci o perioada de inflorire si pentru Balcic, dar aceasta nu dureaza mult. In 1388 au loc primele atacuri ale turcilor, sub comanda lui Yakci-bey, trimis de vizirul Candarli Ali-Pasa in fruntea a 5000 de calareti, pentru a ocupa cetatile Tarii Carvunei. Turcii au numit noua tara ocupata dupa ultimul ei mare despot, Dobrotici, asa cum aveau obiceiul: Dobrugi-ili (Tara lui Dobrugi). In acelasi an sau la inceputul lui 1389, Mircea cel Batran, domnul Valahiei, invinge trupele otomane si preia puterea pentru prima oara in Dobrogea. Au urmat ani grei pentru orasele de la tarmul marii, in care Mircea se va lupta cu turcii pentru a-si mentine autoritatea in zona, in final reusind acest lucru in anul 1404. Stapanirea Valahiei asupra zonei Balcicului nu va dura insa decat pana in anul 1420, cand fiul lui Mircea, Mihail I, nu va putea rezista deselor atacuri, pierzandu-si chiar viata in luptele cu turcii.
Astfel, sultanul Mehmet I ocupa intreaga Dobroge in campania din 1420, si Balcicul intra intr-o lunga perioada de stagnare economica, timp in care isi va cristaliza functia de asezare pescareasca si se va forma si celebra sa atmosfera provinciala de tip oriental.
Aflat intre cetatile Varna si Kavarna (vechea Karvuna), Balcic se va dezvolta in cele aproape 5 secole de stapanire otomana mai mult ca centru de comert cerealier in tranzit, datorita pozitiei strategice si micului sau port. A ajuns astfel sa depaseasca vechea capitala a Tarii Carvunei, fiind chiar centru al unui district, insa in zorii epocii moderne avea inca un aspect rural.
Liberalizarea comertului cu grane dupa pacea de la Adrianopol (1827) i-a dat un impuls deosebit in dezvoltare, portul fiind favorizat de pozitia adapostita fata de vanturile de nord si est. Comercianti din toata lumea crestina ocupata de otomani au inceput sa se aseze in micul port (greci, armeni, evrei) si sa intemeieze chiar primele manufacturi. Mai ales dupa Razboiul Crimeei (1853-1856), orasul si-a accelerat dezvoltarea si a devenit un mare centru comercial cerealier, in special pentru porumb. De asemenea, au aparut fabrici de vin, de piele, de prelucrare a hameiului sau a tutunului, cele doua mori sistematice.