在阿淑尔巴尼帕灭亡强敌埃兰的前639年后，记录亚述功绩的王铭不再出现了。帝国肯定陷入一定的危机中。很可能各地的起义和宫庭政变不断发生。据希罗多德，在伊朗高原、里海东南岸形成的印欧语的强国米底一直是亚述的强敌。伊郎地区广大地区一旦形成统一局面，古代近东的政治地图面积会向东扩展几倍，而由两河流域和埃及占主导的政治平衡立刻就被打破了。伊朗的文明向东扩展将使古代西亚能够和东方的中华文明相接触。米底和波斯帝国向西扩展和对同属印欧语系的小亚希腊各城邦征服使亚洲和新兴的欧洲文明开始交往。原是分立的、模糊的古代各文明地区，突然连成一片，互相交融。正是在与希腊文明交融的过程中，古老的两河文明和埃及文明逐渐死亡，新的希腊文明、波斯文明、中亚文明和伊斯兰文明在这两大古老文明的基础上建立和更迭，以独立发展为文明特点的近东地区进入了世界文明相互交融的新阶级。
       约公元前624年，米底的一个强大的王夸克萨瑞统一了众多的米底各部，成为亚述的强敌。前626年，阿淑尔巴尼帕和听命亚述的巴比伦王先后死去使迦勒底部落的首领那布帕拉萨尔夺得巴比伦的王权（625-605），成为亚述在南方的劲敌。在这生死存亡之秋，亚述内部爆发了争位战争。614年，米底和巴比伦军结成盟友，攻陷亚述千年古都阿淑尔。612年联军北上，围尼尼微三月后破城，灭亡了亚述帝国。迦勒底巴比伦王朝在亚述帝国的基础建立了两河流域的最后一个帝国，史称"新巴比伦帝国"。巴比伦的迦勒底王朝在亚述帝国灭亡后，继承了亚述在西亚的霸权，但是新帝国完全放弃了亚述的几个严重摧毁的城市。这一严重的失策使巴比伦失去了两河流域北方的盟友，只能独立面对东方强大的波斯人。
       巴比伦王的注意力不在贫穷的暂时友好的伊朗高原。他急于接受亚述在西方叙利亚的富饶行省和出海港口。607-605年，英勇善战的王太子尼布甲尼撒率军西征，在幼发拉底河岸和已控制库穆赫行省的埃及军队相遇。经过三年多的多次较量，尼布甲尼撒攻克了西方的桥头堡卡尔凯美什，歼灭了埃及在亚洲的军队。605年5月8日，当尼布甲尼撒在北叙利亚的哈马忒地区追击埃及军队时，那布帕拉萨尔死去。王太子急驰归国，继承了王位（604-562）。尼布甲尼撒在其元年（前604年）西征腓利斯丁城市阿什克龙，俘其王。随后，他连年在西方用兵，在他头三个统治年（604-602），他每年都率军与叙利亚不肯屈服的小国家作战，连连得手。第四年（601年），他企图南下埃及，但未能击败埃及。第六年（599），巴比伦军队进入阿拉伯地区进行掠夺。第七年9月至12月（597）巴比伦王攻陷了犹太王国的首都耶路撒，俘其王，将近万名臣民带往巴比伦，这就是犹太历史上有名的"巴比伦之囚"。一个犹太王族被任命为巴比伦的藩王。第八、九年和11年，巴比伦王仍在叙利亚进行征服。第九年（596），尼布甲尼撒首次进军底格里斯河地区。第十年（595）9月，巴比伦国内发生一次内乱，尼布甲尼撒果断地镇压了叛军。尼布甲尼撒的征战成功地建立了巴比伦在叙利亚的统治。据《旧约圣经》，在尼布甲尼撒的第16-18（589-587），犹太国王再代基亚和埃及结成同盟，反叛巴比伦的霸权。巴比伦军再次攻陷了耶路撒冷城，严惩了反叛者，将近千人掠往巴比伦，将犹太国置为巴比伦在西方的一个省。后来巴比伦围困腓尼基城邦推罗13年才屈服了该城。在他的第38年（568年），尼布甲尼撒再次进攻埃及。利用大批战俘和战利品，尼布甲尼撒在巴比伦城内大兴土木：建起了雄伟的二重城墙和城门，宏伟的宫殿。然而值的注意的是古典作家所谓的"巴比伦宫中花园"却不是尼布甲尼撒修建的。史料和考古依据表明，在巴比伦城中没有空中花园，在亚述首都尼尼微城中却发现了空中花园-"建在供顶上的王家林苑"。古典作家听到过两河流域空中花园的传闻，但他们把尼尼微混淆成巴比伦。在外交方面，尼布甲尼撒和伊朗高原上的强国米底保持了良好的关系。他取了米底的公主作为他的一个妻子并调停了在585年（他的第20年）发生的米底王夸克萨瑞和吕底亚阿鲁亚台斯之间的著命的"日蚀战争"。两军由于日蚀停止交战，米底王请出尼布甲尼撒作出仲裁者为两国划定以哈鲁斯河为边界。在西北方向，他征服了小亚南部的基里基亚地区，并沿乌腊尔图边界设置了几个要塞。尼布甲尼撒的儿子仅在位二年。他的女婿涅旮勒沙尔乌簇尔是一位善战的将军，在位四年（559-556）。他在第三年（557）击退了小亚的基里基亚的对叙利亚的进袭，深入小亚敌境，催毁了三个城市，俘获六千敌兵，直抵吕地亚边境才收兵。涅旮勒沙尔簇尔死后，年弱的儿子无法执行王权，一个阿拉美亚贵族那布那意德篡夺了王位（555-539）。新王在他的头三年象前任们一样进军叙利亚，巩固动乱的行省、击退进犯之敌。第三年，他攻占了阿拉伯半岛的阿拉伯城市阿顿穆。随后，那布那意德呆在阿拉伯的绿洲台马城至少八年（第四年至十一年），没有回巴比伦履行他对马尔杜克神的宗教义务。这引起了巴比伦城的许多贵族和祭司对他的不满。然而，由于他的儿子拜勒沙乌簇尔作为他的代理人统治巴比伦，政治局势并没发生大动乱。在那布那意德继位之前四年的559年，在伊朗的波斯人中产生了一个伟大的元帅：居鲁士成为波斯南部的安山和埃兰人的王。十二年内，他成功地征服了波斯昔日的宗主国米底（550）和小亚强国吕地亚（547）。居鲁士是位极其宽容的政治家。只要被征服的米底、吕地亚及希腊人忠于他，他不干涉各省的宗教和政治。539年（那布那意德17年），波斯人侵入巴比伦尼亚。居鲁士率领强大的波斯军团在底格里斯河岸的欧皮斯城与巴比伦王太子的军队展开鏖战。由于巴比伦的库提总督临阵倒戈，巴比伦军大败，王太子阵亡。七月14日波斯军顺利进入巴比伦的屏障西帕尔城。二天后，投靠波斯的库提（亚述东部）总督古巴如引导波斯军毫无阻挡地进入巴比伦城，俘巴比伦王。居鲁士凯旋进入巴比伦，向全城人保证尊敬巴比伦的传统。第二年，波斯王太子被任命为巴比伦王，使巴比伦在帝国各省中享有特殊的地位。波斯帝国继承了巴比伦的文明遗产，利用楔形符号创造波斯语楔文。辉煌的两河流域文明走到了它的终点。公元前331年，代表希腊文明的亚历山大征服了全部西亚，新的希腊化文明开始在西亚和北非取代旧的楔形和象形文字文明。希腊语文成为近东的官方语文，塞姆语的民众则使用阿拉美亚字母文字，两河流域古老的楔形文字逐渐失传。同一千年前的许多苏美尔城市一样，巴比伦和亚述的古老城市被陆续放弃，两河流域文明完全灭亡了。三千年的两河流域文明灭绝的原因是复杂的。新兴的希腊和伊斯兰文明的征服和取代是重要的外部原因，过度的农业开发恶化了先天不足的生态环境是一个主要的内因。