תקופת הברונזה המאוחרת מתחילה בשכבה IX המתוארכת למאה ה-16 לפנה"ס. בשכבה זו נמצא מכלול עשיר של כלים דו גוניים. התכנון העירוני של השכבה הקודמת נמשך גם בשכבה זו עם שינויים אדריכליים מועטים. נבנה אגף בארמון שממזרח לשער באזור D-D . משכבה זו ואילך עד לסופה של שכבה VII המאה ה-13 לפנה"ס משתרעים משני עברי השער מכלולים מלכותיים - מושבה של השושלת המקומית במגידו. אחד הממצאים החשובים היו שנהבים שנמצאו בבית האוצר. אוסף ממצאים זה נקרא "שנהבי מגידו" והוא כלל 380 חפצים ושברי חפצים ובהם גם לוחיות ארוכות של שנהב הנושאות תמונות. אחד החפצים החשובים שנמצאו הייתה קופסה רבועה שעל דפנותיה גולפו דמויות של אריות וספינקסים ברמת גילוף שהגיעה כמעט לרמת פיסול תלת-ממדי.
שבר קטן מהלוח השביעי של עלילות גילגמש נמצא בתל מגידו בשפכי המכון האוריינטלי של אוניברסיטת שיקגו שחפר בתל. לדעת אהרון קמפינסקי שבר זה יכול לרמז על קיומו של ארכיון בחלקי הארמון שעדיין לא נחפר.
משערים שבאלף השני לפנה"ס הייתה מגידו אחד מן המרכזים השלטוניים המצריים החשובים בארץ ישראל. מגידו נהנתה מיחסים קרובים עם מלכי השושלת ה-12 אשר שלטה במצרים במאות ה-20-19 לפנה"ס, ולכן כנראה אינה מוזכרת בכתבי המארות המכילים קללות שיועדו לערים רבות אחרות באזור.
מגידו נזכרת לראשונה בתעודה מצרית מימי פרעה תחותמס השלישי אשר שלט במצרים במאה ה-15 לפנה"ס, שבה מסופר על מלחמה בין פרעה למלכי כנען, והיא נכללת בין הערים אשר כבש. העיר הפכה במהרה למעוז מצרי. מגידו מופיעה במכתבי תענך המתוארכים לשנים 1470–1550 לפנה"ס לערך. ממכתב מס' 5 אפשר להבין שמגידו הייתה עיר מרכזית. במכתבי אל-עמארנה השתמרו שמונה מכתבים בהם מוזכרת מגידו או בירידיה שליט העיר. המכתבים הם א"ע 234, 242, 243, 244, 245, 246, 248 ו-365. התכתובת עוסקת בניסיונות הפלישה של לבאיה שליט שכם, לתחום שלטונה של מגידו, והמאבק שמנהל בירידיה נגדו עד שהוא מצליח להדוף אותו. לפי מכתב 248 כנראה נכללה תענך בתחום ממלכתו של בירידיה. באחד מהם לדוגמה מתלונן בירידיה שליט מגידו שמאז שצבא העזר המצרי עזב את העיר שליט שכם לבאיה מתנכל לעיר.
מסע תחותמס השלישי.
בשנת 1458 לפנה"ס הקימו הכנענים קואליציה שמרדה בשלטון המצרי, בגיבויה של ממלכת מיתני, בצפון מסופוטמיה. בראש הקואליציה עמד שליט קדש שעל נהר אורונטס. צבא הקואליציה נאסף במגידו וחיכה לבוא הצבא המצרי. פרעה מצרים, תחותמס השלישי, עלה עם צבאו להכניע את המורדים. הכנענים חילקו את צבאם לשניים: האגף הדרומי חנה בתענך, כדי לחסום את הדרך הדרומית לעמק יזרעאל. האגף הצפוני חנה מצפון-מערב למגידו, כדי לחסום את הגישה הצפונית לעמק. הכנענים לא חסמו את ואדי עארה (הוא מעבר ערונה הקדום), משום שהמעבר היה צר מאוד עד כדי הליכה של סוס אחרי סוס והוואדי היה מכוסה ביער סבוך והם הניחו שהצבא המצרי לא יוכל לעבור בו. תחותמס העז והוביל את צבאו בדרך הקשה והפתיע את הכנענים, כאשר הופיע עם צבאו על יד מגידו. בקרב שנערך למחרת, הוכה הצבא הכנעני ורוב מרכבותיו נלקחו בשבי. העיר הסתגרה בביצוריה והמצרים צרו עליה 7 חודשים, עד שנכנעה. השלטון חזר לידי מצרים. המאורע מתואר בכתובות במקדש שבנה תחותמס השלישי בכרנך.
תקופת הברזל בתל.
תקופת הברזל בארץ ישראל בכלל ובמגידו בפרט מתחילה במאה ה-13 לפנה"ס ומסתיימת לאחר חורבן הבית הראשון.
מגידו מופיעה בתנ"ך 12 פעמים. העיר מגידו הייתה בתחום שבט מנשה, אך על פי המסופר בספר יהושע וגם בספר שופטים לא הצליחו לכבוש את העיר מידי הכנענים.
על פי ספר מלכים א בימיו של שלמה העיר השתייכה לנציבות של בענא בן אחילוד והעלתה מס באופן קבוע. העיר מוזכרת גם בהקשר של פעולות הבניה אשר שלמה ביצע בעיר.
העיר מוזכרת גם במקורות אשוריים וארמיים. בשלב כלשהו נכבשה העיר על ידי המלך המצרי שישק, אך לאחר שעזב את הארץ היא שבה לידי ישראל. בימי המלך אחאב הפכה העיר למרכז צבאי ועל פי חלק מהדיעות, הוחזקו בה רכבי מלחמה וסוסים רבים דרך קבע.חוקרים בעבר סברו שמגידו הכנענית חרבה בסוף תקופת הברונזה המאוחרת, כמו ערי מדינה רבות במזרח התיכון. מניתוח שערך ישראל פינקלשטיין על הממצא החומרי, בעקבות החפירות האחרונות של אוניברסיטת תל אביב, עולה שמגידו חוותה הרס, אך לאחר ההרס העיר שוקמה, והעיר חזרה לאחר זמן לא רב לגודלה הקודם, עם תרבות חומרית שדומה לתקופת הברונזה המאוחרת. התרבות באה לידי ביטוי בקרמיקה, כלי צור, כלי ברזל, ומבנים ציבוריים. מקדש המגדול שהוקם בתקופת הברונזה התיכונה, המשיך לשמש בתקופת הברזל I. השער בתקופה זו מוקם בדיוק איפה שהשער מהתקופה הקודמת. הארמון בצפון האתר בסמוך לשער שוקם. מבנים ציבוריים חדשים בתקופת הברזל I, נבנו בסמוך ותוך התחשבות במיקומם של המבנים מהברונזה המאוחרת, וסגנון הבניה ממשיך. שיקום מגידו החל מסוף המאה ה-12 לפנה"ס, ומגידו מתחילה לשגשג עד סוף המאה ה-11 לפנה"ס (שכבה VI). זוהו 3 שכבות ששייכות לתקופה זו שהיא תקופת הברזל I.
העיר הכנענית החדשה נחרבה בסוף תקופת הברזל I בשריפה גדולה. העדות לשרפה זו היא לבני הבוץ של המבנים שהפכו לאדומות. בתחילת תקופת הברזל IIa מוקם ישוב קטן (שכבה Vb) בעל תרבות שונה. הועלו מספר סברות לסיבות לחורבן מגידו: בנימין מזר הניח שמדובר בכיבושי דוד המלך מתחילת המאה ה-10 לפנה"ס. לדעת אהרון קמפינסקי הסיבה היא רעידת אדמה אשר בה נהרסו הרבה מרכזים עירוניים פלשתים ואשר סייעה לקראת סוף המאה ה-11 לפנה"ס, לעלייתם של השבטים הישראלים. הנחה שלישית היא הרס העיר בעקבות מסע פרעה שושנק הראשון בסוף המאה ה-10 לפנה"ס.
פרופ' ישראל פינקלשטיין מציין כי תיארוך פחמן 14 של דגימות רבות שנלקחו משכבת ההרס של סוף תקופת הברזל I במגידו ובאתרים נוספים בעמקים הצפוניים בארץ ישראל, שחוו הרס בתקופה זו, מצביע על תהליך הדרגתי, אשר נמשך כמה עשורים, החל מאמצע המאה ה-10 לפנה"ס, שבמהלכו נהרסו הערים הכנעניות באזור. מגידו הייתה בין האחרונות לחוות את ההרס לקראת סוף המאה ה-10 לפנה"ס. כיוון שתיארוך זה אינו מתאים לתקופת מלכותו המשוערת של דוד המלך על פי הכרונולוגיה המקובלת (1010 - 970 לפנה"ס) פינקלשטיין שולל את הייחוס של חורבן העיר הכנענית החדשה לכיבושיו של דוד. למעשה, פינקלשטיין שולל את עצם קיומה של ממלכת ישראל המאוחדת של שאול, דוד ושלמה.
מבדיקת התרבות החומרית שבאה לאחר ההרס באתרים אלו, סבור ישראל פינקלשטיין שהאחראי לחורבן מגידו היא ממלכת ישראל המתהווה, שלתפיסתו החלה להתפשט מהשומרון לעמקים הצפוניים במאה ה-10 לפנה"ס.שכבה Vb – ברזל IIa, מחצית מאה 10 לפנה"ס – מתחילה מעל חורבות העיר הקודמת, זהו כפר ישראלי. מעליו נבנתה שכבה Va שהיא עיר מאורגנת.
שכבות Va - IVb – ברזל IIb, תחילת המאה ה-9 לפנה"ס – נבנה שער מרשים שאליו הובילה דרך רחבה תחומה בין שני קירות אבן. במעלה התל הייתה רחבה גדולה וממנה הגיעה הדרך לשער בעל שני תאים, לימים השער הורחב לארבעה תאים, ובסוף כלל שישה תאים. בעיר נבנו שלושה ארמונות. הקירות החיצוניים של בתי העיר חוברו עם הארמונות וכך נוצרה מאין חומה. שלושת הארמונות דומים וכוללים חצר גדולה בחזית ומסביב לה חומה מאבני גוויל, ששולבו בה אומנות בנויות מאבני גזית. השערים בארמונות כוללים כותרות פרוטו-איאוליות. הארמון הצפוני (בניין 6000) שנחפר על ידי יגאל ידין משתרע על שטח של 440 מ"ר. בארמון המזרחי התגלו מצבות בגובה של 2.5 מטרים ולידן שולחנות מנחה. בצפון התל, ממערב לשער התגלה מקדש עם אסטלות ומזבח קרניים גדול. העיר שימשה כמרכז מנהלי וממלכתי מימי בית עמרי, שנהרסה כנראה על ידי חזאל מלך ארם דמשק.שכבה IVa - סוף מאה 9 לפנה"ס - שייכת ככל הנראה לתקופת המלכים יהואש ובנו ירבעם השני. בתקופה זו הפכה העיר למרכז צבאי, שבו ממוקמים יחידות פרשים ומרכבות של ממלכת ישראל. העיר הוקפה בחומה עבה של קדמות ונסגות. הכניסה לעיר הייתה דרך שער של שישה תאים. שני מגדלים ניצבו בחזית השער, והתחברו אל החומה. שני מתחמי אורוות הוקמו, שכללו סך הכל של 12 אורוות. בסך הכל היה ניתן לשכן כ-480 סוסים במתחמים. בחלקו הדרומי הוקמה ממגורה גדולה בעומק של שבעה מטרים, ובקוטר של אחד עשרה מטרים, ויכלה להכיל 450 מטרים מעוקבים של חציר, שהספיק להאכיל את הסוסים במשך חצי שנה. הורחב מפעל המים שהגיע בסתר, מתחת לאדמה, עד למעיין המערבי של מגידו. בבית השער של הארמון הדרומי, התגלו שלושה חותמות עם כתובות עבריות, שהמפורסם בהם הוא אריה שואג עם הכתובת "לשמע עבד ירבעם" (החותם אבד), החותם השני נושא עיטור גריפון עם הכתובת "לאסף", השלישי מעוטר בגריפון ונושא את הכתובת "לחמן".
התקופות האשורית והפרסית בתל.
שקיעתה של מגידו החלה בעקבות כיבושה על ידי מלך אשור תגלת פלאסר השלישי. בתנ"ך נזכר כיבושו של פרעה נכֹה את העיר מידי אשור, אך בתקופה זו היא הייתה חלשה ומרבית תושביה נטשוה.
שכבה III – ברזל IIc, המאה ה-7 לפנה"ס – היא השכבה השייכת לתקופת הכיבוש האשורי. אל חומה 325 שנותרה משכבה IV, במקום השער ההרוס, הוסף שער עיר המורכב מתא אחד מכל אחד מצדדיו של מעבר השער. סמוך לשער העיר חשפה המשלחת האמריקאית שלושה מבני שרד רחבי שטח הבנויים לפי תוכנית שפרטיה לקוחים בחלקם מן האדריכלות אשורית. מבני שרד אלה ידועים במספרי החפירה והם: מס' 1052 ו-1369 ממערב לשער, ובניין 490 ממזרח לו.בשכבה II השייכת למאה ה-6 לפנה"ס, חומה 325 יצאה מכלל שימוש והעיר הפכה לעיר פרזות. בחלקה המזרחי נבנתה מצודה. יש המייחסים את בניית המצודה ליאשיהו מלך יהודה אשר התפשט צפונה לאחר חיסול ממלכת ישראל. דעה אחרת היא שהמצודה שייכת לחיל מצב מצרי.