توفي محمد المهدي عام 785م وأخذت البيعة لابنه موسى الهادي، غير أن حكمه لم يطل إذ توفي عام 786 مفسحًا المجال أمام أخاه هارون الذي خلع عليه والده لقب «الرشيد» في أعقاب إحدى الغزوات التي انتصر فيها على البيزنطينيين، لاستلام السلطة. اهتم هارون الرشيد بالإصلاحات الداخلية فبنى المساجد الكبيرة والقصور الفخمة وفي عهده استعملت القناديل لأول مرة في إضاءة الطرقات والمساجد، وتطورت العلوم خصوصًا الفيزياء الفلكية والتقنية، وابتكرت عدد من الاختراعات كالساعة المائية. اعتنى الرشيد أيضًا بالزراعة ومأسسة نظامها، فبنت حكومته الجسور والقناطر الكبيرة وحفرت الترع والجداول الموصلة بين الأنهار، وأسس ديوانًا خاصًا للإشراف على تنفيذ تلك الأعمال الإصلاحية، ومن أعماله أيضًا تشجيع التبادل التجاري بين الولايات وحراسة طرق التجارة بين المدن، وقد شيّد مدينة الواقفة قرب مدينة الرقة على ضفاف الفرات لتكون مقرًا صيفيًا لحكمه،[12] وقد نقل ابن خلكان أن الرشيد قد حجّ تسع مرّات وكان يصلي في اليوم مائة ركعة.[12] راسل الرشيد شارلمان، إمبراطور الإمبراطورية الرومانية المقدسة وينسب المؤرخون صداقة قامت بين الرجلين وتبادل الهدايا حتى قدّم الخليفة مفتاح القدس لشارلمان. كذلك فقد اهتم هارون الرشيد بالفتوح وتوسيع رقعة الدولة خصوصًا في القوقاز وآسيا الوسطى والأناضول،وقد سجّل عهده عام 782م آخر محاولة عربية لفتح القسطنطينية، التي استمرت عصيّة على الفتح إلى أن استطاع السلطان العثماني محمد الثاني فتحها عام
خلال بداية خلافته، اعتمد الرشيد على البرامكة وعهد إلى يحيى البرمكي بالوزارات، مانحًا إياه صلاحيات مطلقة، واستمر الوضع على ما هو عليه حتى عام 805م حين تخوّف الرشيد من امتداد نفوذهم وزيادة أموالهم وميل الناس إليهم، فصادر أموالهم وقتل قادتهم وسجن القسم الأكبر منهم.[14] ويختلف المؤرخون في تصنيف علاقات هارون الرشيد النسائية، فبينما يجزم البعض أنه كان «زير نساء»، يرفض البعض الآخر هذه الفكرة.
توفي هارون الرشيد عام 809م في خراسان وأخذت البيعة لابنه الأمين وفقًا لوصية والده التي نصت أيضًا ان يخلف المأمون أخاه الأمين، إلا أن الخليفة الجديد سريعًا ما خلع أخاه من ولاية العهد وعين ابنه موسى الناطق بالحق وليًا للعهد، وكان المأمون آنذاك في خراسان، فلما أخذ العلم بأن أخاه قد خلعه عن ولاية العهد أخذ البيعة من أهالي خراسان وتوجه بجيش لمحاربة أخيه، وقد استمرت الحروب بينهما أربع سنوات، إلى أن استطاع المأمون محاصرة بغداد والتغلب على الأمين وقتله عام 813م، ظافرًا بالخلافة
تفرّد عهد المأمون بتشجيع مطلق للعلوم من فلسفة وطب ورياضيات وفلك واهتمام خاص بعلوم اليونان، وقد أسس الخليفة عام 830م جامعة بيت الحكمة في بغداد والتي كانت من كبريات جامعات عصرها، واخترع في عهده الاسطرلاب وعدد من الآلات التقنية الأخرى، وحاول العلماء قياس محيط الأرض ما يدلّ على الاعتراف بكرويتها من ناحية وتطور العلوم من ناحية ثانية؛ وقد تكون عمليات الترجمة التي رعاها هو وحاشيته وولاته، أبرز سمات عهده، إذ نقلت خلالها العلوم والآداب السريانية والفارسية واليونانية إلى العربية،[16] اكتسبت من خلاله اللغة العربية مكانة مرموقة إذ تحولت من لغة شعر وأدب فحسب إلى لغة علم وفلسفة. وكذلك فقد ساهمت عمليات الترجمة في إرساء منسوب ثقافي عالٍ في الدولة، وقد أثر الانفتاح الثقافي على المعتقدات الدينية، فقال المأمون بخلق القرآن وأجبر الناس على الحذو في هذه الصيغة،[17] كما أعلن المعتزلة عقيدة الدولة الرسمية، ثم عهد بولاية العهد قسطًا من الزمن لعلي الرضا الشيعي وأخذ الشعار الأخضر بدلاً من الشعار الأسود، ثم عاد إلى شعار بني العباس الأسود وعيّن أخاه وليًا للعهد. وزار المأمون مصر ودمشق والجزيرة السورية وتوفي ودفن بطرسوس شمال بلاد الشام في 10 أغسطس سنة 833م، الموافق فيه 19 رجب سنة 218هـ وأخذت البيعة لأخاه محمد المعتصم بالله الذي بنى مدينة سامراء وفتح عمورية قرب أنقرة مسقط رأس العائلة الإمبراطورية البيزنطية، واستمرت عمليات الترجمة والنهضة العلمية في عهده كما افتتحها سلفه المأمون، ولعلّ قضاءه على ثورة بابك الخرمي التي أسست دولة شاسعة في أذربيجان وجوارها منذ عهد المأمون أبرز أعماله؛ إذ إن بابك الخرمي قد مزج بين الإسلام والمجوسية وأسس دينًا هجينًا وعمد إلى إصلاحات اقتصادية واجتماعية جذرية ما ساهم في بقاءه عصيًا على الدولة العباسية عشرين عامًا،[18] إلى أن استطاع القائد التركي أفشين القضاء عليه، ومن الثورات الأخرى ثورة الزط جنوب العراق وإجلاء المعتصم إياهم إلى الأناضول.[19]
كانت والدة المعتصم تركية، لذلك فقد أحاط نفسه بالحرس التركي كما فعل أخاه المأمون مع الفرس، وكان قوام الحرس التركي بداية عهد المعتصم أربعة آلاف رجل، غير أنه استقدم المزيد من قبائلهم عامًا فعامًا ما آثار قلاقل واضطرابات في بغداد اضطر معها الخليفة لنقل عاصمته إلى سامراء، وإثر وفاته عام 842م بويع ابنه الواثق بالله واستمر في سياسة والده القائمة على استيراد القبائل التركية ومنحهم الوظاف العالية في الدولة وجعلهم قوام الجيش فعليًا، وكان الواثق قد خلع على القائد التركي أشناس لقب «السلطان» ما مهد لضعف الدولة وزوال سيطرة الخلفاء عليها، وإثر وفاته عام 847م بويع أخاه أبو الفضل جعفر المتوكل على الله بالخلافة، والذي يحدد أغلب المؤرخين تاريخ خلافته بدءًا لانحطاط الدولة العباسية.