Po podziale imperium Lesbos znalazła się w Imperium Bizantyńskim. W tym okresie wyspa została zaniedbana, dalej służąc zesłaniom. Była również celem ataków Saracenów, Rosjan, Wenecjan i krzyżowców. W r. 1354 Lesbos została przekazana Francesco Gattelusiemu, który działał na korzyść mieszkańców i wspierał literaturę, sztukę i handel. W r. 1373 odnowił twierdzę mityleńską. W r. 1401 Mitylena i część wyspy zostały zniszczone przez trzęsienie ziemi, a Gattelusi został zabity, gdy obsunęła się na niego ściana zamku. W r. 1445 Lesbos została zaatakowana przez Bułgarów, którzy zniszczyli miasto Kaloni. W r. 1462, po silnym oporze wyspa przeszła pod panowanie Turków, pod którym się znajdowała do pierwszej wojny bałkańskiej w r. 1912.