I 462 overga romerne offisielt den vestre delen av Gallia Narbonensis, Septimania, til den vestgotiske kong Teoderik II, som hadde beleiret Carcasum siden 453. Han fortsatte utbyggingen av festningsverkene i byen, nå kalt , som forble en grenseby mot nord. Vestgoterne kopierte den gallo-romerske arkitekturen, og det er vanskelig å skille deres byggearbeider fra de eldre konstruksjonene. Mye av det de bygde står fremdeles. Teoderik skal også ha påbegynt byggingen av basilikaen som nå er viet til St. Nazarius. Tidlig på 500-tallet, antagelig i 533 eller kort tid etter, ble Carcasona bispesete sammen med Agde og Maguelone. Det skal ha blitt bygget en vestgotisk katedral, men den fins det ikke spor etter i dag. Den første biskopen hvis navn er bevart kjent for ettertiden, var (kildebelagt 589).