226 թվականին Պարթևստանում տեղի ունեցավ հեղաշրջում, և գահ բարձրացավ Արտաշիր Սասանյանը, որի հետ սկսվեց նոր ռազմական տերության՝ Սասանյանների արքայատոհմի ձևավորումը։ Այս իրավիճակում Հայաստանի և Սասանյանների հարաբերությունները լարվեցին, քանի որ Սասանյանները չէին կարող հանդուրժել Արշակունիների իշխանությունը Հայաստանում։ Հակասասանյան պայքարն առավել սրվեց հայոց արքա Խոսրով II-ի ժամանակ, երբ նա հաջողեց վերականգնել իշխանությունը, բայց շուտով սպանվեց Սասանյանների հրահանգով։
Խոսրով II-ի սպանությունից հետո Տրդատ III-ը, որը մանկահասակ էր, փախցվեց Հռոմ, որտեղ ստացավ կրթություն և ռազմական փորձ։ Հռոմի աջակցությամբ Տրդատը վերականգնեց Արշակունիների իշխանությունը 287 թվականին, և սկսեց պայքարել Սասանյանների դեմ։ Հռոմեա-պարսկական պատերազմը ավարտվեց պարսիկների պարտությամբ, ինչի արդյունքում 298 թվականին կնքվեց Մծբինի հաշտության դաշնագիրը, որով Մեծ Հայքը ճանաչվեց ինքնավար Հռոմի գերիշխանության ներքո։
Տրդատ III-ի ամենանշանակալի գործողություններից մեկը քրիստոնեությունը պետական կրոն հռչակելն էր 301 թվականին, ինչն ամրապնդեց նրա իշխանությունը։ Գրիգոր Լուսավորիչը, որը հալածվել էր Սասանյանների կողմից, դարձավ Հայոց հայրապետ և, Տրդատի աջակցությամբ, սկսեց քրիստոնեության տարածումը Հայաստանում։ 303 թվականին կառուցվեց Ս. Էջմիածնի Մայր տաճարը, ինչը խորհրդանշեց քրիստոնեության հիմք դնելը։
Եկեղեցին, որ սկզբում հանդիպեց դիմադրության, բայց այնուհետև լայն աջակցություն ստացավ, շուտով դարձավ երկրի խոշորագույն կալվածատերերից մեկը։ Գրիգոր Լուսավորիչը, կարգվելով Հայոց կաթողիկոս, ձևավորեց եկեղեցական կառուցվածքը, ստեղծելով եպիսկոպոսություններ ու ամրացնելով եկեղեցու իշխանությունը։