Στις αρχές του 5ου αιώνα ένας νέος βαρβαρικός κίνδυνος απείλησε την ιταλική χερσόνησο, οι Βησιγότθοι του Αλάριχου. Τα τείχη έχρηζαν ανακατασκευής όχι μόνο λόγω φθοράς, αλλά και γιατί είχαν αλλάξει οι πολιορκητικές δυνατότητες των εχθρών, ενώ ο στρατός της Ρώμης ήταν πιο αδύναμος. Αυτή η ανακατασκευή ήταν και η σημαντικότερη που έγινε στα Αυρηλιανά τείχη. Με διαταγή του αυτοκράτορα Ονώριου, ή μάλλον πιο συγκεκριμένα του στρατηγού του (magister militum) Στιλίχωνα μέσα σε μια διετία, περί το 403, το ύψος των τειχών σχεδόν διπλασιάστηκε (από τα 6-8 μέτρα έφτασε τα 10-15), δημιουργήθηκε ένα επιπλέον επίπεδο με οδοντωτές επάλξεις ενώ το κατώτερο μετατράπηκε σε μια κλειστή στοά με χιλιάδες πολεμίστρες για τους τοξότες και περάσματα που προστάτευαν τη μετακίνηση των στρατιωτών από το ένα σημείο σημείο του τείχους στο άλλο. Οι πύργοι επίσης ενισχύθηκαν με έναν δεύτερο όροφο, πολλές δε πύλες ανοικοδομήθηκαν εξ ολοκλήρου και σε κάποιες περιπτώσεις η διπλή είσοδος μετατράπηκε σε μονή. Αυτήν την περίοδο, το μαυσωλείο του αυτοκράτορα Αδριανού, στη δεξιά όχθη του Τίβερη, ενσωματώθηκε στα τείχη, συμπεριλαμβάνοντας έτσι στον οχυρωματικό περίβολο την περιοχή του Τραστέβερε και τους λόφους του Τζανίκολο και του Βατικανού. Σε ορισμένα όμως σημεία του τείχους οι επεμβάσεις που έγιναν χαμήλωσαν το οδόστρωμα και αποκάλυψαν μέρος από τα θεμέλια τω τειχών, αυτό είχε ως αποτέλεσμα να προκληθεί στατική βλάβη σε ολόκληρο το οικοδόμημα. Ο Αλάριχος πολιόρκησε τη Ρώμη 3 φορές: στα τέλη του 408, τους τελευταίους μήνες του 409 και πάλι το 410. Τελικά στις 24 Αυγούστου του 410 η Αιώνια Πόλη έπεσε προδοτικά, τα νέα ισχυρά τείχη δεν την βοήθησαν γιατί η Πύλη Σαλάρια βρέθηκε ανοικτή και αφύλακτη και ο Αλάριχος με τα στρατεύματά του κατέλαβε την πόλη και την λεηλάτησε για 3 ημέρες. Αυτή ήταν και η πρώτη άλωση της Ρώμης μετά την επιδρομή των Γαλατών το 390 π.Χ.