При этом есть основания полагать, что утвердившийся среди большей части христиан культ Богородицы, Девы Марии оказался результатом воздействия именно религиозных традиций Херсонеса, с его верховным значением Богини Девы.
Однако требования к религиозной принадлежности в Херсонесе были не так суровы, как в Константинополе. В конце IV–V в. н. э. в городе существовала иудейская община и достаточно богатая синагога, но в V в. она оказалась разрушена.
В конце V в. город окончательно теряет автономию и становится частью наследовавшей Риму Византийской империи. В V–VI в. в Херсонесе возводятся первые христианские храмы.
Несмотря ни на что, после падения античной цивилизации Херсонес просуществовал еще около тысячи лет.
Византийский период: вторая столица империи – соперник Константинополя
Третий период жизни Херсонеса характеризовался резким ухудшением экономического и политического положения города, по времени совпадающим с великим переселением народов. Очевидный упадок в искусстве и технике проявился в примитивности надгробий III–IV веков н. э. Однако к концу IV века город вошел в состав Византийской империи, и положение улучшилось: были исправлены оборонительные стены (3-й ярус), достроены башни.
В склепе в окрестностях Херсонеса на внутренней стене обнаружен рисунок города, каким, по всей видимости, являлся Херсонес того времени. Он был идеологическим центром православия и торговым посредником между Византией и Черноморскими степями (сырье).
К V–VI векам относится энергичное монументальное строительство в городе: возводится множество открытых больших храмов.
В VI в. н. э. в Херсонесе разворачивается строительство христианских храмов византийского типа, базилик. Это были вытянутые в длину помещения, разделенные рядами колонн на продольные части, с восточной стороны имевшие пристройку в виде сводчатой ниши, где помещались алтарь и престол. Возможно, это строительство стало инициативой императора Юстиниана.
При Юстиниане храмы строились и в других частях Крыма. Был вновь присоединен к Риму Боспор, заключен мирный договор с крымскими готами. Был, кроме того, построен ряд укреплений вдоль Южного берега – Алустон на месте современной Алушты; Горзувитах там, где теперь располагается Гурзуф.
Кроме того, Херсонес дважды служил местом ссылок высокопоставленных лиц: одного из первых римских пап Климента и императора Юстиниана II в VII веке. Когда Юстиниан узурпировал власть, Херсонес вызвал его гнев, но избежал мести при помощи хазар, а затем поднял восстание и первым провозгласил императором Филиппика (711 г.).