In het jaar 9 na Chr. versloegen de Romeinen de Daesitates, een stam die het centrale deel van het huidige Bosnië bevolkte. Hiermee kwamen na meer dan twee eeuwen strijd alle Illyrische landen onder het gezag van Rome. Kort daarna splitste Rome de nieuw verworven provincie Illyria, waardoor het grootste deel van Bosnië-Herzegovina onder de provincie Dalmatië kwam te vallen. Het noorden behoorde tot Pannonië, een provincie die zich tot en met het zuiden van het huidige Hongarije uitstrekte.

Latijn sprekende kolonisten vestigden zich tussen de Illyriërs en ook militairen werden aangemoedigd na hun pensioen in het gebied te blijven. Het stadje Blagaj aan de Buna-rivier in Herzegovina is bijvoorbeeld op de plek van de Romeinse nederzetting Bona gebouwd. Zulke nederzettingen waren verbonden door een uitgebreid netwerk van wegen, maar deze werden meer voor militaire doeleinden dan voor de handel gebruikt. Wel vervoerden de Romeinen goud en zilver, dat ze in het oosten van Bosnië wonnen, naar Salona, een haven aan de Adriatische kust in de buurt van het huidige Split. Met de Romeinen kwam ook het christendom naar de Balkan. De eerste bisschoppen zetelden in Sirmium in Pannonië (nu: Sremska Mitrovica, Servië). In Bosnië zijn de overblijfselen van zeker twintig Romeinse basilica’s opgegraven; de bekendste staat in Stolac. De komst van Hunnen en Ostrogoten maakte aan het eind van de vierde eeuw een abrupt einde aan het christendom in het gebied.

De Byzantijnse keizer Justinianus I versloeg het Ostrogotische leger in de Gotische oorlog (535–553), waardoor Bosni-Herzegovina deel van het Byzantijnse Rijk werd – voor het eerst, want vóór de invasie van de Goten had het gebied tot het West-Romeinse Rijk behoord. Hoewel sommige historici beweren dat de Goten ook Slaven waren, en daarmee de voorvaderen van het Kroatische en Bosnische volk, wordt over het algemeen aangenomen dat de eerste Slavische stammen zich in de zesde eeuw op de Balkan vestigden. In het begin moesten zij hevig concurreren met de Avaren (of Obri), een Turkse stam afkomstig uit het noordelijk deel van de Kaukasus, maar in de zevende eeuw verdreven Byzantijnse, Kroatische en Bulgaarse legers deze stam uit de Balkan. Uiteindelijk won de Slavische bevolking de strijd om suprematie in het gebied.

Volgens Byzantijnse bronnen waren de Kroaten door de Byzantijnse keizer uitgenodigd om te vechten tegen de Avaren en kwamen de Serven in hun kielzog mee. Beide Slavische stammen waren afkomstig uit gebied ten noorden van de Zwarte Zee en hun geschiedenis was nauw verbonden, hoewel veel Servische én Kroatische historici dat nu ontkennen. Aan het begin van de zevende eeuw hadden ze de koninkrijken ‘Wit-Kroatië’ in het huidige Polen en ‘Wit-Servië’ in het huidige Tsjechië gevestigd. Vanaf dat moment zijn de stammen afgezakt naar de westelijke Balkan. Er woonde toen reeds een grote Slavische bevolking het gebied, maar deze is veel lastiger in te delen in subgroepen. De Slavische stammen vermengden zich met Illyriërs, Kelten, Romeinen, Goten, Hunnen en Avaren.

De Serven vestigden zich in het gebied dat in de middeleeuwen bekend werd als Raška, het huidige Zuid-Servië en breidden hun gezag geleidelijk uit naar Duklje (Montenegro), het oosten van Bosnië en Hum (Herzegovina). De Kroaten bevolkten de gebieden die ruwweg corresponderen met het huidige Kroatië en het westen, noorden en centrale deel van Bosnië. De Slavische bevolking was georganiseerd door middel van traditionele tribale structuren: aan de basis daarvan stond de familie (zadruga), die families waren verenigd in clans en de clans op hun beurt weer in stammen (plemena). Het grondgebied van een stam heette een župa en aan het hoofd daarvan stond een župan. De Slaven aanbaden verschillende goden. Pogingen van het Byzantijnse gezag om de bevolking te kerstenen hadden pas vanaf de negende eeuw succes. Zeker in Bosnië, dat zeer onherbergzaam en afgelegen was, had de kerk grote problemen de bevolking te bereiken.