אחרי הכיבוש, הפכה טימישוארה - בטורקית Tımıșvar (טמשוואר) לבירת איילט עו'תמאני תחת הנהגת ואלי (מושל) או ביילרביי, לפעמים בעל תואר פאשה או אף וזיר.
בעיר חלו שינויים מבחינה דמוגרפית:אם בשנת 1582 רוב התושבים היו עדיין הונגרים, בהמשך התיישבו בה מוסלמים שהפכו לרוב. ונקלטו אף קבוצות של סרבים, צוענים ויהודים. אלו האחרונים היו ראשוני היהודים בעיר - מהצאצאים של מגורשי ספרד ופורטוגל.
לצד החקלאות התפתח גם המסחר. האיילט טימישוארה כלל חלק מחבל באנאט וחולק לסנג'קים: טימישוארה, צ'נאד, ליפובה, ז'ולה, מולדובה וקה ואורשובה. כבירת וילאיט נהנתה טמשוואר ממעמד דומה לזה של בודה ובלגרד. העיר חולקה לארבעה רבעים והפרברים כללו 10 שכונות הקרויות מחאלה. הבתים נבנו מחומר וכוסו ברעפי עץ. הרחובות כוסו גם כן בעץ. המים לכביסה ולשתייה באו מן הנחל בגה (שכונה בטעות טימיש) ובו הושלכו גם האשפתות. התנאים הגאוגרפיים - תעלות וביצות רבות - גרמו לחלוקת העיר לכמה מוקדים. מסיבות צבאיות בוצר כל רובע בנפרד. הביצורים - מחוץ לארמון הביילרביי - נבנו מעץ ואדמה.
פרט לתקופה בשלהי המאה ה-16, לא סבלה העיר יותר ממצורים עד לסוף המאה ה-17. חיל המצב העות'מאני בטימישוארה היה לעומת זאת מעורב בסכסוכים צבאיים רבים - בין מחנות אצילים יריבים בטרנסילבניה או בין הטוענים לכתר בנסיכויות הרומניות - ולאכיה ומולדובה.
למשך מאה שנה אירחה העיר עצמה אצילים פרו-טורקים שטענו לכתר הנסיכות טרנסילבניה ואף טוענים לכתר ולאכיה ומולדובה.
המרד הסרבי נגד העות'מאנים (1594).
בשנת 1594 עמד הבאן של לוגוז' וקרנסבש, הסרבי ג'ורג'ה פאלאטיץ' מאילידיה בראש מרד נגד הטורקים שמרכזו היה בווליקי בצ'קרק. אחרי ארבעה ניסיונות כושלים, גייס הביילרביי מטמשואר, חסן פאשה "הקטן" צבא של 30,000 לוחמים וארטילריה רבת עוצמה והצליח לדכא את המרד.
מתקפה טרנסילבנית בפיקודו של באן אחר, ג'יירג' בורביי, הצליחה לשחרר בהמשך, זמנית בלבד, את המצודות בוקשה, שוימוש, צ'נאד, נדלאק, פנקוטה, אראד, פג'ט, ליפובה, ורשאץ, אך לא הצליחה להגיע לטימישוארה..
ניסיונות שחרור מידי הכובשים העות'מאנים.
בשנת 1596 ניסו לוחמים של נסיך טרנסילבניה, זיגיסמונד באטורי, עם תגבורת של 4000 חיילים שנשלחו על ידי שליט ולאכיה, מיכאי האמיץ ועוד 4000 לוחמים תושבי באנאט, להטיל מצור על טימישוארה. עבור זמן לעזרת העות'מאנים שבמצור באו 10,000 טטרים. אחרי מאמצי שוא שנמשכו 40 יום, הופסק המצור והטרנסילבנים ובני בריתם נסוגו.
בעת מסעו הצבאי של מיכאי האמיץ בטרנסילבניה ב-23 בפברואר 1600 ערכו לוחמים ולאכים פשיטה על פרברי טימישוארה. ב-1603 תכנן הגנרל האוסטרי ג'רוג'ו באסטה ובן בריתו מוולאכיה, השליט ראדו שרבאן לשחרר את העיר אך לא צלחו אפילו להתקרב לחומותיה.
כעבור זמן רב ב-1695 וב-1696 ניסה לשווא הנסיך הבוחר פרידריך אוגוסט מסקסוניה להטיל מצור על טימישוארה בשם האימפריה הרומית הקדושה. תוכניות אלו הוכשלו על ידי התערבות כוחות עות'מאנים בפיקוד הסולטאן עצמו, מוסטפא השני. אחרי שהובס בקרב סנטה בשנת 1697 נמלט הסולטאן לטימישוארה. ב-1703 הסולטאן הבא, אהמט השלישי בנה מחדש את ביצורי העיר כדי לחזקן.
שחרור העיר והכיבוש ההבסבורגי.
אחרי 17 שנות שקט יחסי פרצה שוב מלחמה בין ההבסבורגים לעות'מאנים. אחרי ניצחון על הטורקים בקרב פטרוורדין, החליט הנסיך אויגן מסבויה לכבוש את טמשוואר שהיוותה נקודה אסטרטגית חשובה. אחרי מצור שנמשך 49 יום, מלווה בהפגזות חוזרות ונשנות שהרסו חלק גדול מבתי העיר, ב-12 באוקטובר 1716 הסכים מהמט פאשה, המפקד העות'מאני האחרון של טמשוואר, להיכנע וחיל המצב העות'מאני עזב סופית את העיר ונסוג אל מדרום לדנובה.
ב-18 באוקטובר 1716 נכנס הנסיך אויגן עטור התהילה את לתוך מצודה הרוסה. אחרי 164 שנות כיבוש מוסלמי העיר חזרה לשלטון נוצרי.
עיר באימפריה ההבסבורגית.
ב-21 באוקטובר 1716 פנה הנסיך אויגן לקיסר קרל השישי עם הצעה לארגון וניהול חבל באנאט בחסות בית הקיסר. ב-12 ביולי 1717 הגנרל רוזן מרצי הגיש לאוצר בווינה (הקאמרה האאולית ההבסבורגית) "תוכנית צנועה לארגון חבל באנאט של טמשוואר" (או הבאנות של טמשוואר). אחרי אישור התוכנית קמה "הוועדה וארגון ארץ באנאט" בבראשות הרוזן מרצי. לבסוף ב-28 ביוני 1719 חתם הקיסר קרל השישי על הצו שמינה את מנהל חבל באנאט וקבע את מושבו של המנהל בטמשוואר. כך הפכה טמשוואר לבירת אחת הפרובינציות החשובות של מונרכיה ההבסבורגית ומושבן של רשויות אותה פרובינציה. הוקם מנגנון מנהלי מסועף שכפה על העיר מנטליות מסוג חדש. עד לשנת 1751 הונהג חבל באנאט על ידי מנהל צבאי אוסטרי. בשנים 1778-1751 הוקם מנהל אזרחי אוסטרי. החל משנת 1778 הוחלט לספח את חבל באנאט לממלכת הונגריה תחת שלטון הבסבורגי. המנהל ההונגרי היה אזרחי והחבל חולק לשלושה מחוזות או רוזנויות. אז איבדה טמשוואר את מעמדה כבירת פרובינציה קיסרית והפכה לעיר שדה בממלכה ההונגרית. ההונגרית הפכה לשפה הרשמית של המנהל החדש.
עיר מלכותית חופשית.
רגע חשוב בתולדות העיר התרחש בשנת 1781. על ידי דיפלומה מ-21 בדצמבר באותה שנה העניק הקיסר יוזף השני לטמשוואר את המעמד הפריבילגי של "עיר מלכותית חופשית". הוא חודש ב-1790 על ידי הקיסר לאופולד השני. העיר נהנתה מכאן ואילך מיתרונות רבים שאיפשרו התפתחות מהירה יותר של הפעילויות העירוניות בה. העיר הוצאה מתחת חסות המחוז (שהוקם מחדש ב-1780), בחרה את נציגיה שלה בדיאטה, בחרה בעצמה את מנהיגיה ושופטיה, הייתה זכאית לגבות מכס בכניסת הסחורות וביציאתן, הייתה זכאית לארגן ירידים שנתיים ושבועיים, לקבוע לעצמה את התקציב ההעצמי על בסיס הכנסות והוצאות שנתיות, קיבלה פטור מהתחביויות כספיות מסוימות, הייתה זכאית לסמל משלה וכו'.
בימי המלחמה ההבסבורגית-עות'מאנית (1788–1791) בשנים 1788–1789 למרבה המורא של התושבים חזר זמנית הכיבוש הטורקי של העיר.
ההתיישבות הגרמנית.
אחרי כיבוש חבל באנאט החלו שלטונות הקיסרות בווינה בתהליך התיישבות רחב יריעה והביאו לאזור בעיקר גרמנים קתוליים שוובים מוירטמברג ושוואביה, תושבי הסן, פפאלץ, לוקסמבורג, אלזס-לורן, אוסטריה, שווייץ וכו' לרבות הוגנוטים לשעבר שהמירו בינתיים את דתם לנצרות הרומית-קתולית. אף על פי שרק חלק מהם היו שוואבים במקור, החלו כלל מתיישבים אלה להיות מכונים "שוואבים", או "שוואבים של באנאט" בפרט. אלה היו חלק מהאוכלוסייה שנודעה כשוואבים של הדנובה.
האקלים הבעייתי גרם לתמותה רבה, כשרבים מהמתיישבים מתו ממלריה 2-3 חודשים אחרי הגעתם. תהליך גדילת אוכלוסיית החבל התבסס בעיקר על ההגירה ותוך זמן קצר הגרמנים הרומיים-קתוליים הגיעו להיות 50% מכלל התושבים.
הגרמנים, שהצטיינו כבעלי מלאכה, פיתחו את התעשייה ואת המסחר. בטמשוואר התיישבו השוובים בעיקר ברובע פבריק, בה פיתחו את המלאכות השונות. על מנת להבטיח תנאי חיים נאותים לאוכלוסיית המתיישבים התחילו הרשויות האוסטריות וההונגריות בארגון מחדש של הכפרים בחבל. אף הקימו כפרים חדשים. האזור הפך תוך זמן קצר לרשת מאורגנת, מסודרת של יישובים, בעלת מבנה סולידי. בטמשוואר המצודה עצמה לא התקבלו אלא רומיים-קתוליים בלבד. התושבים הרומנים והסרבים חיו בפרברים.
תעלת בגה.
במאה ה-18 הביצות בסביבת העיר נחשבו למקור ראשי למגפות. השלטון האוסטרי החליט למגר אותו באמצעים הידרוטכניים:הסדרת זרימת הנהרות וייבוש הביצות. בשנים 1732-1728 הוסדרה זרימת הנהר בגה שהפך לתעלה כשרה לשיט בין טימישוארה ועד לחלק התחתון שלו. על ידי כך חוברה העיר באמצעות הנהרות טיסה ודנובה לרשת הנהרות המרכז-אירופית והייתה מסוגלת לפתח לחבורה במתכונת מסיבית לפני הופעת מסילות הברזל. עבודות הסדרת זרמי הבגה והטימיש וייבוש הביצות שינו מן השורש את דמות העיר. בהמשך הוקם באזור גן וורדים על ידי וילהלם מיהלה.
מגיפות הדבר והכולירה.
במרץ 1738 הוכתה העיר מגפת דבר שקיפדה את חייהם של כאלף מקרב 6,000 תושביה. דליקה הרסנית החריבה כמעט על שכונת פלנקה מארה, שהייתה הנפגעת העיקרית במגפה. מגיפות הדבר והכולירה חזרו ונשנו פעמים מספר. בית הקברות שהוקם ב-1723 התמלא עד תום ובשנת 1749 היה צורך בהקמת בית קברות חדש, במקום שבו נמצא היום הפארק המרכזי של העיר - Parcul Central (בעבר ה"פארק אנטון סקודיר"). גם הוא לא הספיק ונסגר בשנת 1771. בשנים 1831 ו-1836 ידעה טמשוואר מגיפות כולירה נוספות שהפחיתו את מספר האוכלוסייה.
מהפכת 1848 ("אביב העמים").
בשנת 1848 פרצו ברחבי אירופה שורה של מהפכות הידועות כ"אביב העמים". באימפריה ההבסבורגית, שנודעה באותן השנים כ"אימפריה האוסטרית" עמדה המהפכה לא רק תחת סימן התביעות החברתיות אלא לבשה גם אופי לאומי כשהעם ההונגרי ראה בה עיתוי מתאים למאבקו לשחרור מעול הקיסרות בווינה, בעוד שאר העמים בממלכת הונגריה ביקשו להשתחרר בעצמם מעול ההונגרים. בשלב מסוים הצליחו הכוחות המהפכניים ההונגרים להביס את הצבא האוסטרי ולהטיל מצור על טמשוואר למשך 114 יום, מבלי להצליח לכובשה. הקרבות עלו במחיר כבד של דם ונזקים חומריים. בסופו דל דבר במהפכה בהונגריה, טרנסילבניה ובאנאט דוכאה על ידי הצבא האוסטרי שקיבל עזרה גם מרוסיה הצארית. גם בטמשוואר ב-9 באוגוסט 1849 התנהל קרב שבו הצבא ההונגרי בפיקודו של גנרל יוזף בם נוצח על ידי המרשאל האוסטרי יוליוס יאקוב פון היינאו.
אחרי תבוסת המהפכה הושמה הונגריה תחת משטר צבאי וכמה מהפרובינקיות שלה הפכו לאחוזות הכתר האוסטרי, שנוהלו במישרין מווינה. כך הייתה גם "וויבודיה הסרבית והבאנאט של טימיש", פרובינקיה חדשה שבירתה טמשוואר.
בירת פרובינקיה קיסרית: "הוויבודות הסרבית (וויבודינה) ושל הבאנות (באנאט) של טימיש".