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散、灵活的步兵作战体系，逐渐向缺乏机动性的密集阵形改变了。相当多的史料甚至逐渐开始以马其顿的方阵来类比新的军团，用以描述他们的密集阵形和矛墙。弓箭手的运用在后期的军团中越来越多，甚至成为主战线的一部分，部署在后排进行火力支援。
尽管从小单位的战术运用上来说有所退步，但帝国中后期的军团大抵上还是保留了军团原有的线列战术。以公元376年著名的败仗阿德里安堡战役来说（Battle of Adrianople），当时的罗马野战部队仍旧以两条战线组成，组成战线的军团规模大抵上可与旧日的步兵大队相提并论。
在两翼，骑兵的重要性则越来越显著，骑兵的类型也有所增加，以轻型的标枪骑兵和骑射手进行骚扰和侧翼迂回，以包括超重型具装骑兵在内的枪骑兵进行正面的冲击，基本上是最为常见的做法。
擅长土工作业，以壕沟和其他障碍辅助防御，依旧是罗马军队的优点之一，在贝利撒留指挥的达拉之战中，数量不足的罗马军队就利用挖掘壕沟来对抗萨珊军队尤其是其骑兵的强大冲击力。
装备
重装步兵时代及更早时期
在罗马建城时期遗留下来的墓葬中，罗马士兵的装备与伊特鲁斯坎之间有密切的联系，甚至这些装备本身就极可能是由伊特鲁斯坎人制造并流出的。在大约公元前600年流传的物品上，我们可以看见充当祭品的罗马盾牌，其形制是迈锡尼式的，除此之外战士身着多彩的上衣，头戴尖顶的阿佩克斯头盔（Apex），或许以长矛为主要装备。以这种面貌，罗马军队迎来了重装步兵化的进程。
罗马及其拉丁盟友对重装步兵的引入，同样是源自伊特鲁斯坎人，正如狄奥多鲁斯所说：“罗马人从伊特鲁斯坎人处习得了密集阵的做法，后者习惯于紧密排列成方阵作战。”重装步兵改革与塞尔维乌斯的社会改革密不可分，总体上说他们的装备和希腊重装步兵毫无区别。第一阶级的重装步兵完全是希腊式的，大型、凸面、金属包覆的圆盾（Aspis或Hoplon），金属胸甲、胫甲、长矛和头盔，是必须负担的装备。但余下阶级的装备则显得更具意大利特色，第二阶级的重装步兵无力装备胸甲，同时将大圆盾换成了较小的方形盾牌。第三阶级则进一步省略了胫甲。到第四阶级，他们几乎完全轻装，只装备了一支长矛和一支标枪，或许不配盾。最后的第五阶级，则只能充当业余的投石手了。重装步兵们也广泛地穿着短上衣和斗篷，相比希腊的重装步兵，意大利半岛的希腊式重装步兵有着更华丽的羽饰，这一习惯或许也出现在罗马的重装步兵军队里。
共和国中后期的军团
李维时期的军团装备情况至今还是一个谜，李维本人明确描述的，仅仅是候补兵和新兵的装备，这些劣质部队和早先的第四阶级步兵一样，几乎不披甲，以长矛和标枪作为装备。有的史学家认为，新兵是后来轻步兵的前身，而候补兵完全是非战斗人员，这一说法在理论上可能，却无法得到验证。
◎ 长盾。
原有长矛（Hastae）的使用范围仍旧无法确定，除了后备兵明确使用长矛直至马略时期为之，青年兵和成年兵的长矛何时弃用，仍无法具体确定。而重投枪的引入，则明确以青年兵为先，成年兵其次。青年兵（Hastati）的名称是枪兵之意，这可能代表他们以标枪打破对手阵形，以长矛肉搏。1.35米长的重投枪在其枪柄和枪头间的连接部分，会在击中目标后弯曲，这使得对手很难将其从盾牌上拔下，从而达成以标枪逼迫对手弃盾的目的。
罗马长盾则明显以萨莫奈盾为原型，后者是一种小型的方盾，上宽下窄，罗马在引入后明显扩大了其尺寸。木制长盾的尺寸根据波利比乌斯的描述，达到了约1.4米高，0.75米宽，并在表面有金属加强钉和加强筋。盾牌背面书写有士兵的姓名和所属单位。
萨莫奈士兵普遍装备的胸甲板（Spongia）也是西地中海流行的形制。这种相对廉价和小型的胸甲呈三角形，在胸部有两个原型的金属甲片加强。这样的小型胸甲在罗马及其敌人的军队中被广泛装备，青年兵或许就会很普遍地使用到这种铠甲。
李维时期的成年兵和后备兵，由于其更好的经济状况，能够普遍地装备优质的肌肉型金属胸甲。到波利比乌斯的时期，他们则换装了新型的锁子甲，并在里面穿着皮制的短上衣。不过同一时期的各同盟军团，则依旧保持较轻型的装备，旧式的小型胸甲板使用很普遍。老式的肌肉型胸甲并没有被完全淘汰，并留下了不少实物，但已经不作为标准的装备而流行了。而在胸甲之上的护肩部分，是希腊式的亚麻护肩甲和凯尔特式的肩甲，直至公元1世纪为止都广泛使用。
◎ 一顶不包含护颊的蒙特弗蒂诺式头盔。
和萨莫奈人一样，罗马军团士兵只穿有单侧的胫甲，作为侧身对敌时左腿的保护，而到公元前2世纪初期，胫甲在罗马军队中已经被完全抛弃了。
帝国军团时代的装备变化
在帝国早期的军团装备变革中，最主要的变化出现在胸甲和头盔方面。著名的库鲁斯G型盔和环片式金属胸甲（Lorica Segmentata），都要到公元1世纪才出现。
在提比略（Tiberius）统治期间，环片甲正式出现，这与著名的条顿堡森林惨败不无关系，3个军团的成建制覆灭使得装备补充的需求一时大增，而老式的锁子甲在建造工时上耗费巨大。而在甲片现成的情况下，一副环片甲的组装只需要不到60工时。
环片甲的优势不仅在于方便保存和制造迅速，较轻的重量使它很受士兵欢迎。作为牺牲，环片甲的防御范围比起锁甲有所减少，而且由于古代的标准化限制，当一副环片甲的某些甲片损坏需要更换时，出自不同工匠的更换部件很难做到严丝合缝，这使得环片甲的修理无法像看上去那样沾到“模块化”的光。
◎ 公元1世纪中期的帝国意大利C型头盔。
头盔方面，公元前1世纪中期仍在大规模使用的蒙特弗蒂诺式头盔，逐渐被来自高卢的库鲁斯式（Coolus）头盔取代。在公元1世纪中期，强化护颈的库鲁斯G型或者叫高卢G型盔大量装备，有着相对尖顶的蒙特弗蒂诺式，更接近圆顶，并带有双重的护额。铁质的库鲁斯G型和一种与之类似的帝国意大利C型铜制头盔构成了军团头盔的主要类型。总的来说，这些头盔品质优良，但制作难度极大，公元1世纪中期的一座国家兵工厂据称月产量不过6顶头盔！公元1世纪同样出现了专门的辅助步兵头盔和骑兵头盔，前者在军团步兵头盔的基础上简化而成，后者则提高了护额的高度，增加骑手的视野范围。
◎ 复原的帝国时期辅助部队头盔。
◎ 帝国时期的骑兵头盔
◎ 公元2世纪末的斯帕达长剑复原。斯帕达剑对后世的欧洲剑产生了深远的影响。
在武器方面，斯帕达（Spatha）长剑的出现或许是最重要的变化了，这种长剑兼具高卢长剑和西班牙短剑的特点，首先由来自高卢和日耳曼的辅助部队广泛使用。随后，斯帕达剑也逐渐被帝国的骑兵部队，以及所有帝国军团选为标准武器，并直至帝国覆亡。
罗马骑兵的装备类型沿用了共和国时期的标准，椭圆形或六角形的长盾，连同剑和若干2米以下的短矛成为标配。
随着罗马帝国军事体系的逐渐瓦解，帝国巅峰期的装备体系一并遭到破坏，环片甲大致在公元3世纪就不再使用，铜制为主的鳞甲和锁子甲再度成为主流。著名的罗马方形长盾被逐步废弃，椭圆的平面大盾和较细长的长方形平面盾开始使用，材质也从压合的多层木板改成廉价的单层木板。军团士兵的头盔护颊、护颈均遭到简化，成为廉价而易于生产的类型。
而经典的重投枪，被称为“飞镖”（Spiculum）的轻型标枪取而代之，它具有相似的穿透能力和较轻的重量，也更易于用来直接刺击目标。军团中越来越大的长枪兵比例，使得更长的长矛也成为标配，这一武器不具备投掷功能，主要用于结阵对抗骑兵威胁。
实战运用
重装步兵时代及更早时期
这一时期的罗马军队，其最主要的对手是伊特鲁斯坎人的城市联盟。遗憾的是对于这一时期的战争，我们所知甚少，其中并没有太多能够用以分析的细节。战争的大概面貌易于想象，迟钝的重装步兵军队之间，难以进行短促有效的军事行动，但两个交战方执拗的敌意，却让这场战争能够长时间地进行下去。从掠夺乡间的行为，到漫长的围攻城市，罗马人以这种方式逐渐地消耗伊特鲁斯坎联盟的整体实力。
王政时期的罗马-伊特鲁斯坎战争，尚未发展到生死存亡层次的斗争，罗马人从南部的伊特鲁斯坎城市比如维爱等地，获得了不少土地。当罗马人驱逐国王并成为共和国后，战争的规模随之扩大。曾经在意大利中、北部称雄的伊特鲁斯坎人，在南方的罗马、北方的高卢人的连续压力下，逐渐变得弱小。大约公元前400年左右，波河河谷的伊特鲁斯坎城市在高卢人的入侵下被一个个清除，其中费尔斯纳（Felsina，后来的博洛尼亚）坚持到了大约公元前350年前后；而在南方，罗马共和国顽强而执拗地坚持着战争，维爱城的摧毁（公元前396年）是罗马人第一次决定性的胜利，这也代表了罗马及其在拉丁姆地区权势和独立地位的确定。此后，罗马共和国逐渐走上了扩张之路。
共和国时期的军团
李维时期罗马军团的主要运用，是公元前4世纪中期的三次萨莫奈战争。作为罗马历史上最早、也是最顽强的敌人之一，萨莫奈人或许是罗马军队最痛恨的死敌了，这样的态度也可以从罗马史学家们对萨莫奈历史的种种处理上有所体会。在早期共和国军团与萨莫奈军队的交战中，最大的困难在于如何应付复杂的地形。执政官并非专业军人，罗马军队本身缺乏足够高素质的骑兵和轻型步兵提供侦查，而萨莫奈军队所擅长的游击和伏击作战，则切中了军团的命门，过于倚重重步兵的罗马人多次陷入困境。
其中最著名的例子莫过于考狄昂山峡战役（Caudine Forks，公元前321年，第二次萨莫奈战争期间），罗马执政官提图斯·维图利乌斯·科韦纽斯（Titus Veturius Calvinus）和斯普里乌斯·波斯图缪斯（Spurius Postumius）带领他们的混合军队进入萨莫奈西部的考狄昂地区。李维说这只是在前去阿普利阿的行军途中，不过也有可能是罗马人针对土著考狄尼人的军事行动。在考狄昂地区首府，考狄乌姆城附近，有一条叫做考狄昂山峡的狭隘通路。总体地形是两条林木覆盖的隘路间有一小片平原，尽管中间稍稍平缓，但仍然被陡峭的山体所阻隔开。萨莫奈军队的指挥官盖维乌斯·庞提乌斯（Gavius Pontius）把部队隐藏在中间的平原森林中，并且以巨石等障碍堵塞了隘路。
当罗马军队在隘路中前进时却发现他们的路径被堵塞了，他们只得在混乱中掉头原路返回，此时才发现入口也刚被堵住。他们陷入慌乱，不知所措，只得在一处水源附近扎营待机。接下来几天内他们几度试图突围，都告失败，最终由于补给告罄选择向萨莫奈人投降。所有俘虏都经历了知名的“轭门之辱”。
但在正面交战中，罗马军队却对萨莫奈人获得了一些优势。萨莫奈人的军队主体是中型的步兵，尽管他们的铠甲和盾牌同样品质优越，但为了追求山地的机动性，却选用了较小的尺寸，当在平原正面作战时，这使得罗马人成为更重装的一方。萨莫奈人以步兵大队作为基本的战术单位，重视冲锋前投掷标枪的战术，这些都成为未来军团学习的做法。但另一方面，战术组织出色的萨莫奈军队在预备队战术上却没有太多的发展，每个萨莫奈的战术单位，可能采用接近纵队形式的大纵深队形，却缺乏辅助战线和预备队的保护。这一方面给予了他们较高的战术机动性，并且让他们的冲击能力非常出众，却严重影响了战斗的持久性，和对抗骑兵侧翼攻击的应对能力。
罗马人对萨莫奈人的评价证实了这种战术上的特质，他们认为萨莫奈人在战斗最开始的冲击是极难抵挡的，显然这要归功于大量的标枪投掷，和纵队队形的全力冲锋。但一旦进入长时间战斗，罗马三线阵就能够更好地应付战况，另外