公元前30年，屋大维(即奥古斯都）在战胜自己的政敌之后，成为罗马的全权统治者，确立了个人的独裁统治，实际成为罗马帝国的第一个皇帝。
罗马共和制灭亡，进入帝国时代，直至公元476年西罗马帝国灭亡时止。
整个帝国时代可分为两个时期：公元前30年至公元283年为早期帝国，公元284年至公元476年为后期帝国。屋大维上台后，自称元首(意即"第一公民")，因此其统治称为"元首政治"，披着共和外衣，实则君主专制，早期帝国一直如此；后期帝国完全抛弃共和外衣，实行"君主政治"。
军队是罗马帝国政权的支柱，"倘若没有一支强大的、纪律严明的和军饷充裕的军队，那就不可能有安宁和秩序，不可能有和平和繁荣。"因此，罗马皇帝都将军权牢牢控制在手中。无论是早期帝国的奥古斯都军事改革，还是后期帝国的塞维鲁军事改革、加里耶努斯军事改革以及戴克里先军事改革，皇帝都总揽军事大权，实行军事独裁统治。
帝国时期的军队是常备军，是一支由职业军人组成的军队。因为，"任何一种国民军都无力保卫罗马国家的边塞"。帝国时代的"军事技术已经复杂得很，非短期内所能学会。""一支有效的战斗力量必须经过多年的辛勤训练。"帝国的主要军事支柱是军团及其辅助部队。辅助军队驻守于行省，主要是在军情紧张的地方驻扎，如莱茵河与多瑙河边界、埃及、西北部西班牙。罗马士兵一半在军团中服务，一半在辅助军队中服役。除常备军外，帝国时期还有近卫军(即皇帝的禁卫军），护卫皇帝本人和皇宫。
皇帝是帝国军队的最高统帅，具有任命一切军事长官、征募军队以及宣战媾和的权利。军团司令及其他军事长官均由皇帝任命。奥古斯都时，军团和近卫军军官均由元老院议员和骑士充任。一般的士兵是不能上升担任军团中的高级官职的，他们至多只能担任军团中较高的百夫长普利米庇里的职位(即连队中第一个百人团的百夫长，地位较其他百夫长高，因为他同时也是整个连队的队长）。只有贵族与骑士等级出身的人才能任高级军官。帝国后期，塞维鲁规定：能干或有功的普通士兵可以有广阔的晋升之路，而且意大利和行省平等。戴克里先为了削弱地方权力，实行军政分治，地方总督不兼军职，以此加强对地方的控制。同时还不断吸收蛮族补充罗马边防军，许多蛮族担任高级指挥官。
奥古斯都时，近卫军士从意大利人中挑选。后来近卫军日益腐败，越来越引起行省军队的不满。因此，皇帝塞维鲁便解散原有的近卫军，开始从行省军团中素质较好的士兵中间征募近卫军士兵。加里耶努斯任皇帝时，建立了元首的特殊亲卫队，以取代近卫军，其成员由军官补充，以吸引军队上层到自己这方面来。君士坦丁的宫中亲卫队甚至吸收蛮族。近卫军的主要职责是驻守罗马和意大利，并且护卫皇帝本人。近卫军长官由皇帝指定，加里耶努斯时，为排斥元老贵族，不让元老插手军队，因而作出规定：元老不仅不能担任军团长官，而且不能当驻有军团的行省总督；帝国后期的近卫军长官权力很大，有的甚至取皇帝而代之。
同盟军队被看成是非正规的军队，被作为罗马正规军队的辅助力量，由罗马军官指挥。低级官职由外省人充任。
"皇帝通过军队，和只要军队愿意支持他、服从他，就可以统治一切。"
屋大维结束内战后，着手军队整编工作，将以前的75个军团缩编为25(亦说27—28)个军团，士兵总数为14万人(亦说25—30万人之间）。帝国时期的军团已大不同于共和中叶以前的军团，按财产等级划分兵种的制度已经取消，全部士兵已不再都是服义务兵役的公民，而是主要由职业的雇佣兵组成。每个军团包括10个营，每个营包括3个连，每个连再包括2个百人队。每个军团的定额为5000人，但因为在战斗中不能及时补充，所以有时低于这个数目，多时达六七千人。军团士兵分步兵、骑兵和海军，军事单位有军团、步兵队和骑兵队。早期帝国基本采用奥古斯都时的军制。
帝国后期，即从公元3世纪中叶到5世纪中叶，罗马的军事组织有了很大变化。以前作为罗马军队战斗编队核心的重步兵渐渐丧失其重要性，让位于骑兵。为了对付周边能骑善射的蛮族骑兵，罗马人大力发展骑兵。加里耶努斯时，其军事改革措施之一便是加强骑兵建设与改组，建立一支由伊里利亚人、摩尔人、叙利亚人和日耳曼人组成的精锐骑兵，并在骑兵中大量吸收蛮族。在马略和凯撒时代，罗马军队中的骑兵不足1／10，到公元4世纪初，罗马军队中的骑兵比例占总数的1／4。在东部沙漠地区与波斯和阿拉伯军作战时，其比例更高。
戴克里先执政时，把全国军队分为边防部队(驻守边境）和内部机动部队(流动的战略后备队）两种，军团数目也明显增加，多达72个，各兵种的士兵总数增加到60万人左右。
罗马帝国的近卫军有9个联队，每队1000人，共9000人。其中3个队驻扎并保卫罗马，6个队布置在意大利的罗马周边城市，保卫意大利。此外，还有3个城市联队担负警察任务，每队亦为1000人。
帝国时期还有正规海军。"奥古斯都统治时，建立了常备的海军组织。在他之前，罗马人根本没有常备的陆军部队；与此相似，他们也没有常备海军。"帝国在墨西拿、拉温那和亚历山大里亚均有舰队护卫；在邻接的高卢海岸也有一队战船护卫；在莱茵河与多瑙河上则有河上小舰队。奥古斯都的海军的主要目标是，保证商业运输的安全和帝国各个部分之间的交通。
帝国时期的士兵不再是公民义务兵，也不再是一支无产者的军队。"服兵役，特别是在奥古斯都统治初期服兵役，是比较有利可图的事，也没有太大的危险。""因此，有许多人，甚至是社会地位较高的人，都愿意加入行伍。"早期帝国时期，近卫军和城市联队的士兵均从意大利公民中挑选，近卫军士的服役年限为16年。军团士兵则从意大利公民中招募，服役20年。
作为同盟军的辅助军队，是从行省居民中招募的，一般为自愿，但也常使用强制手段征兵，特别是在从行省的蛮族居民中补充辅助军队的时候。在辅助军队中服务多半是无偿的，其服役期多达25年。军团士兵退役后，由国家分给土地。辅助部队士兵服务期满退伍时，也给以土地和金钱的奖赏，并且一般都可获取罗马公民权。海军舰队人员多从生而自由的行省居民中征募，在墨西拿和拉温那的舰队人员中，有一部分为奴隶。最下层的罗马公民也充任驻扎在意大利的水军人员。
早期帝国时期的士兵在退伍之前没有权利举行合法的婚姻。到后期帝国时，塞维鲁在其军事改革中规定：允许军团士兵成家，合法结婚，并允许他们携带家人住在军营附近。
帝国时期虽结束了内战，但却未停止向外战争，有对日耳曼人的战争，对犹太人的战争以及与东方的安息的战争等等。帝国时期的军事技术没有太大的突破，武器装备与共和后期基本相同。公民兵制被募兵制替代之后，士兵更加忠于自己的最高统帅，因长期服役、领取较高报酬，提高了武器利用率与军队战斗力。
帝国士兵在作战中仍以长盾、弹弩和投石器及弓箭作为进攻武器，并充分利用头盔、胸铠、盔甲及胫甲(只包右腿）来保护自己。帝国时期普遍使用一种小型弹弩，这种武器"重约85磅，能发射长约26英尺，重达一磅的投镖，弹射距离约275码。它主要用来杀伤人。"此外，还常使用一种抛石机，它被装在带轮的弹射架上，罗马人称之为炮车。每个炮车需2至4名炮手，大型炮车则需10至15人。在攻防作战中，上述的弹射器和抛石机能非常有效地对付敌方的步兵和机械。进攻时，它们能阻止对方守墙上的守城部队，从而掩护自己队伍架设攻城塔架和云梯；防御时，它们又能严重干扰敌方的攻城作战行动。
帝国后期，罗马大量生产各式武器，特别是生产小型作战机械。由于后期帝国从军团步兵到骑兵的转变，随之带来兵器的变革。起初，罗马军主要使用轻骑兵，后来，罗马骑兵逐渐披上了重型盔甲，并且使用长枪、剑、盾和弓箭等兵器。
特别值得一提的是，帝国时期的军事建筑工程水平及规模远远超过共和时期，军团士兵平日加强操练，同时还担负各种军事建筑工程的建造。这些工程包括修筑道路、构筑营垒、架设桥梁和水道从及边防线上的防御设施等等。将士积极防御，认真备战，以最小的牺牲和损耗消灭更多的敌人。在野战防御工事的修筑上，罗马从公元前200年起便发明出了空前高超的技术。
军队，在野外过夜，均要修筑设防的兵营，使士兵能有一个安全的营地。帝国时期同样如此，罗马统帅塞普蒂默斯.塞佛留(公元193年—211年）及其后继者还使用紧急构筑的防御工事，并将其大胆地强行构筑到敌人的脚下，以其坚固的野战防御工事节省攻城作战所需的兵力。
帝国时期，随着疆域的扩大，军队驻守范围随之增大，分布也更广，因而重视道路的修建。在奥古斯都时，25个军团均布署在边境上，为方便军团的调动，罗马建设了一套优质的道路网，以保证战事出现时，皇帝能将边境军队迅速调到指定地点，并利于战斗中运送军需品。哈德良在位时(公元117年～138年），则将奥古斯都的机动防御方针改为对边境的坚固防御，在帝国边境上大建人工屏障。因此，在当时及其后均出现不少的围墙，如在不列颠北部的哈德良围墙和安敦尼围墙，在多瑙河下游北部的比萨拉比亚的图拉真围墙，在阿非利加还有特利波里坦围墙。这些围墙均是以土筑成的高墙，在墙头上还设置有木栅栏，以此护卫帝国边境。
帝国时期的军事后勤工作繁多。军队士兵均由招募而来，由国家提供薪俸、口粮和武器。关于粮食和其他军需品的供应，军团有专人负责。士兵的口粮有面包、脂油和腊肉等；在边境地区，因人少地广，士兵还可组织狩猎队获取肉食。此外，国家发放给士兵的武器若有损坏，军团里还有专门的作坊维修武器和战斗机械等。士兵的薪俸由国家定期发放，其具体数目大致如下：
奥古斯都时，每个士兵每年领取225狄纳利，每个军官领取750狄纳利；近卫军每人每年为750狄纳利；城市联队每人每年为360狄纳利。士兵退伍时，还会得到土地和金钱的奖赏，因而军费开支相当大。为了在任何时候都能够毫无困难地有现款来维持军队并支付应当给予士兵的报酬，奥古斯都设立了一个军事金库，金库是以新的税收为来源的。帝国后期，塞维鲁皇帝进行军事改革，允许士兵成家，并携带家人住于军营附近。一些长期驻扎于菜茵河与多瑙河一带的边防士兵还可以租种属于他们军团的土地，这种办法类似古代中国的屯田制，由此减轻了罗马军费的负担。
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