После изгнания спартанцев из проливов руководивший военными операциями афинян Алкивиад не стал тратить время на осаду хорошо укрепленного Византия. Он поступил проще, организовав в наиболее узком месте Босфора, к северу от Византия, у Хрисополя на азиатском берегу пролива, хорошо укрепленную таможню. Место было выбрано на редкость удачно. Течение было здесь таково, что шедшие через пролив суда относило к азиатскому берегу. Таможня взимала десятипроцентную пошлину со стоимости товаров, находившихся на судах, следовавших через Босфор в любом направлении. Примечательно, что доход, который приносила Афинам морская таможня, почти в десять раз превышал сумму ежегодного фороса, вносившегося византийцами. А это означает, что через проливы проходило великое множество судов. Деятельность таможенной службы находилась под охраной постоянно крейсировавшей в Босфоре эскадры из 30 афинских кораблей. Так остроумно решил Алкивиад важную и сложную проблему. Доходы от транзитной торговли через проливы вновь оказались в руках афинян, а для спартанцев был утрачен смысл обладания Византием.

В 409 г. до н. э., после того как Алкивиад, разбив войско персидского сатрапа Малой Азии Фарнабаза, восстановил власть Афин в Калхедоне, его флот двинулся к Босфорскому мысу. Началась осада Византия. Город находился под защитой своих неприступных стен, а спартанский наместник Клеарх располагал сильным гарнизоном. Кроме того, Клеарх обратился за помощью к Фарнабазу, а затем попытался собрать эскадру, надеясь разбить афинян на море и тем самым прорвать кольцо блокады. Но все эти меры не принесли успеха, и осада продолжалась. Вскоре в блокированном с моря и с суши городе начался голод. Имевшиеся в Византии запасы продовольствия спартанцы конфисковали для нужд гарнизона. Голод усилил антиспартанские настроения византийцев, и без того страдавших из-за создания афинянами морской таможни в Хрисополе. Число горожан, готовых вновь поддержать афинян, оказалось достаточно значительным, чтобы этот фактор заметно повлиял на военные действия.

Тем временем Алкивиад решил прибегнуть к военной хитрости. Афиняне сделали вид, что сняли осаду; корабли Алкивиада начали уходить от берегов Золотого Рога. Когда же наступила ночь, они вернулись и предприняли ложную атаку на стоявшие в гавани суда. Внимание гарнизона было привлечено к стенам, защищавшим город со стороны моря. Именно на это и рассчитывал Алкивиад. Его византийские союзники открыли ворота в стене, ограждавшей город со стороны суши. Афинские воины ворвались в Византий. На улицах разгорелась жестокая битва, в которой приняли участие и расколовшиеся на два лагеря византийцы — сторонники афинян и спартанцев. Чтобы привлечь на свою сторону всех жителей Византия, Алкивиад объявил, что в случае прекращения сопротивления никто не будет наказан победителями. В результате на сторону афинян перешли почти все византийцы, спартанский гарнизон был уничтожен. Завоевание Византия предопределило установление власти Афин и над другими городами Геллеспонта. Контроль над проливами вновь оказался в их руках.

Период пребывания Византия под властью Афин был очень недолгим — всего около четырех лет. В конце Пелопоннесской войны спартанцам удалось установить свое господство на берегах Эгейского моря и Пропонтиды. В 405 г. до н. э. Византий оказался в числе тех городов, которые были захвачены флотом спартанцев под командованием Лисандра. На этот раз в Византии взяли верх представители олигархии. Именно они открыли ворота воинам Лисандра. Поскольку спартанцы повсеместно уничтожали демократию и восстанавливали власть олигархов, часть населения Византия, поддерживавшая демократический строй, покинула город после вступления в него отряда Лисандра, бежав либо в Афины, либо в дружественное Византию Боспорское царство.

Своеобразным было решение победителей относительно судьбы небольшого афинского гарнизона Византия, не оказавшего практически сопротивления спартанцам. Лисандр отправил всех пленных афинян в их родной город, продовольственное положение которого было в тот момент весьма бедственным.

Спартанское владычество в условиях победы Спарты в войне с Афинами оказалось значительно более тягостным для населения Византия, чем ранее. Спартанцы ввели новые подати, а многих доходов, в частности торговых пошлин и привычных портовых сборов, казна Византия лишилась. Положение византийцев осложнялось и тем, что их соседи фракийцы стали тревожить город нападениями. Собственное войско Византия было не в состоянии надежно защитить город. Спартанский же гарнизон был слаб, к тому же спартанские хозяева города более всего помышляли об использовании военной силы для обеспечения покорности византийцев. Спартанский наместник (гармост) осуществлял свою власть с помощью правительства, составленного из местных олигархов. Демос страдал не только от ига чужеземцев, но и от гнета собственной знати. Из-за прекращения торговли с Афинами резко ухудшилось экономическое положение Византия; ремесленники и торговцы переживали трудные времена. Недовольство населения грозило выплеснуться наружу.

Тогда византийские олигархи попросили Спарту о военной помощи. В Византий был направлен с большим войском уже известный его жителям Клеарх. На этот раз он решил сурово покарать византийцев за непокорность. Он созвал византийских военачальников, а когда те собрались, спартанские воины неожиданно напали на них и перебили. Затем он казнил почти всех представителей гражданской власти, известных антиспартанскими или демократическими настроениями. Клеарх убивал или изгонял из города многих состоятельных людей просто для того, чтобы завладеть их имуществом. Тирания Клеарха оказалась настолько невыносимой, что против него ополчилась даже часть тех самых олигархов, которые добивались от Спарты военной поддержки. Они стали жаловаться на Клеарха в Спарту. Вскоре между слишком самостоятельным наместником и спартанским правительством произошел разрыв: в 403 г. Клеарх был изгнан из города новым спартанским гармостом. Тот не действовал так жестоко, как Клеарх, а потому недовольство византийцев господством Спарты и властью местной олигархии не вылилось в открытое выступление. Постепенно Византий превратился в один из важных военных опорных пунктов Спарты, а его гавань — в место стоянки флота спартанцев.

В 400 г. до н. э. Византий стал ареной столкновения между спартанским гарнизоном города и греческими наемниками, которые участвовали в неудачном походе персидского сатрапа Малой Азии Кира, добивавшегося установления своей власти над всей державой персов. Многие из этих наемников были выходцами из Спарты. После поражения и гибели Кира отряды наемников с бесчисленными приключениями добрались до Византия. Спартанский наместник попытался избавиться от опасных пришельцев. Он выманил их из города под предлогом военного построения для точного определения их численности. Как только незваные гости оказались вне городских стен, ворота Византия закрылись. Наемникам было объявлено, что им следует возвращаться в родные края. Однако долго скитавшиеся и закаленные в битвах воины были не из тех, кому можно диктовать условия. Они ворвались в Византий и некоторое время хозяйничали там. Наемники даже решили провозгласить властителем