Η Αχαιμενιδική Αυτοκρατορία έκανε το καλοκαίρι του 480 π.χ. την Δεύτερη περσική εισβολή στην Ελλάδα και επιτέθηκε στην Θεσσαλία. Ο ελληνικός στρατός που βρισκόταν στην Κοιλάδα των Τεμπών δραπέτευσε και ολόκληρη η πεδιάδα υποτάχθηκε εύκολα στους Πέρσες. Η μεγάλη Θεσσαλική οικογένεια των Αλευάδων έγιναν υποτελείς των Περσών. Όταν τελείωσαν οι Περσικοί Πόλεμοι τον 4ο αιώνα π.χ. ο Ιάσων ο Φεραίος έκανε την Θεσσαλία μεγάλη στρατιωτική δύναμη. Όταν ξέσπασε ο Πελοποννησιακός Πόλεμος οι Θεσσαλοί υποστήριξαν την Αθήνα, σπάνια επέτρεπαν στους Σπαρτιάτες να περάσουν από τα εδάφη τους, μοναδική εξαίρεση ο στρατηγός Βρασίδας. Ο Φίλιππος Β΄ της Μακεδονίας διορίστηκε "Άρχοντας της Θεσσαλίας", τους επόμενους αιώνες η περιοχή συσχετίστηκε με το βασίλειο των Μακεδόνων. Η Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία κατέλαβε στην συνέχεια την Θεσσαλία που έγινε τμήμα της Ρωμαϊκής επαρχίας της Μακεδονίας, χωρίστηκε σε δυο επαρχίες : την "Θεσσαλία Πρίμα" και την "Θεσσαλία Σεκούντα".