Anchialos fiel 1453 gemeinsam mit Nessebar und die gesamte südliche Schwarzmeerküste als eine der letzten Städte im heutigen Bulgarien unter die Herrschaft der osmanischen Türken. Während der Jahrhunderte andauernden Herrschaft war die Stadt mit ihrem Umland neben Thessaloniki das zweitwichtigste Salzabbaugebiet innerhalb des Imperiums. Die Stadt war außerdem Zentrum eines Gerichts- und Verwaltungskreises (Kaza). In dieser Zeit war Anchialos Zentrum einer Eparchie des ökumenischen Patriarchats von Konstantinopel und kulturelles, religiöses, wirtschaftliches und administratives Zentrum der Region bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts. Nach dem Fall Konstantinopels im Jahre 1453 ließen sich mehrere bedeutende byzantinische Familien hier nieder, wie etwa die Palaiologen. Aus einer anderen Familie stammt der spätere ökumenische Patriarch von Konstantinopel Jeremias II. Tranos.