В борьбе персов с греками финикийцы оказали военную помощь персам. В 494—493 гг. до н. э. персидские войска при поддержке флота финикийцев восстановили владычество Дария на всем побережье Малой Азии, а также на берегах Геллеспонта, Пропонтиды и Босфора.
Рассказывая об этих событиях, Геродот писал, что жители Византия и Калхедона покинули свои города, добрались до берегов Понта Евксинского и поселились на западном его побережье, в г. Месембрин (совр. Несебыр). Можно, однако, предположить, что знать осталась в Византии, ибо в подавляющем большинстве она была настроена персофильски. Финикийцы, которым персы передоверили расправу с непокорными греческими колониями Геллеспонта и Пропонтиды, действовали с крайней жестокостью по отношению к своим побежденным конкурентам. Они сожгли дотла многие города. Разрушен был и Византий.
Более десяти лет город находился под властью персов. Здесь был размещен сильный персидский гарнизон, державший под контролем путь через проливы. В тот период возможности морской торговли резко сузились. Понтийский хлеб поступал в Грецию с огромными трудностями.
После сражений при Платеях и Микале (479 г. до н. э.), в которых войска персов были разбиты, греки приступили к освобождению пути через проливы. Весной 478 г. до н. э. греческая эскадра в составе 50 кораблей под командованием спартанца Павсания подошла к Византию. После недолгой осады греки овладели городом. Правителем стал Павсаний. В руки победителей попали многие персидские вельможи, в их числе и родственники персидского царя.
В дальнейшем борьба за обладание Византием развернулась между двумя крупнейшими греческими государствами той эпохи — Афинами и Спартой. Ее острота была предопределена тем, что Афины стремились к господству над проливами для обеспечения свободы плавания своих судов к берегам Понта Евксинского. Афиняне зависели от привоза понтийского хлеба, а понтийские рынки были важнейшим местом сбыта продукции афинских ремесленников.
Между правительством Спарты и Павсанием, мечтавшим установить свою власть над всей Спартой, возникли разногласия. Спартанский наместник попытался прибегнуть к помощи персидского царя. Он отпустил на свободу персидских вельмож и военачальников, которые попали в его руки при взятии Византия. Вскоре отношения Павсания с правительством Спарты приобрели такой характер, что Афины сочли момент благоприятным для захвата Византия. Отныне война с Павсанием уже не была для Афин равнозначна войне против Спарты. В 470 г. (или 469 г.} до и. э. флот афинян захватил Византий. Город был присоединен к созданному в 477 г. до н. э. Афинскому морскому союзу, который затем превратился в морскую державу под главенством Афин. Афинский флот господствовал на море и решительно пресекал попытки союзных городов воспротивиться диктату Афин и выйти из союза. Под надзором Афин находилась и торговля союзных городов. Афиняне установили контроль над понтийским торговым путем, а Византий стал играть роль опорного пункта Афинского морского союза в черноморских проливах.
В середине V в. до н. э. Византий превратился в наиболее оживленный порт на всем морском пути от Афин к берегам Боспорского царства. Портовые пошлины стали одним из источников благосостояния Византия. В это время уже существовал обычай даровать чужестранцам в виде особой и почетной привилегии право беспрепятственного пользования византийской гаванью. Показателем экономического могущества Византия может служить тот факт, что с конца V в. до н. э. город начал чеканить свою собственную серебряную монету. До той поры Византий использовал золотые монеты Кизика, города на южном берегу Пропонтиды. Первые византийские монеты чеканились с изображением быка на дельфине — эмблемой Византия. В городе возросло влияние торговцев,, ремесленников и мореходов. Ранее игравшая ведущую роль в политической жизни Византия землевладельческая знать постепенно вынуждена была уступить первенство купцам и мореплавателям. О богатстве Византия можно судить по тому, что он был в числе тех городов Афинского морского союза, которые многие годы выплачивали Афинам самый большой форос — денежный взнос в союзную казну. Корабли и воины Византия участвовали в ряде военных предприятий Афин, в частности в морских экспедициях,, целью которых было усмирение непокорных союзных городов.