Questa data rimane però soltanto quella che fissa la registrazione di un trattato politico-militare e non certo il momento di una svolta culturale immediatamente documentabile; ed in effetti, tra il III e il I sec. a.C., una città romana di Sulci diversa dalla città punica è praticamente inesistente. L'impianto urbano in età repubblicana dovette ricalcare sostanzialmente il precedente assetto punico, sviluppandosi tra l'area della Marina e le pendici del colle di Chiesa; in ambito funerario, fino al I sec. a.C., prosegue l'utilizzo delle tombe a camera di età punica, dove vengono deposte caratteristiche urne in pietra, piombo o terracotta, destinate ad ospitare i resti cremati dei defunti.

Anche quando compaiono monumenti di nuovo tipo, come il sepolcro gentilizio detto Sa Presonedda, in via Eleonora di Arborea, essi rientrano nelle formule dei mausolei costruiti di ambiente culturale punico e punicizzato. Possiamo invece affermare che, nei secoli della Repubblica, venne a maturazione a Sulci quell'intenso processo, già avviato in età punica, di adeguamento ai modelli culturali "internazionali" dell'ellenismo. In questa cornice culturale, tra il II e il I sec. a.C., venne realizzato il tempio di tipo italico con accesso monumentale a rampa inclinata, i cui ruderi occupano parte della necropoli punica meridionale e le adiacenti pendici dell'acropoli

Di fazione pompeiana nel tormentato periodo delle guerre civili, Sulci ebbe a subire le rappresaglie cesariane; le fortissime sanzioni economiche imposte nel 46 a.C. da Cesare ai Sulcitani ci testimoniano in via indiretta della floridità del centro, sempre impegnato nel commercio dei metalli, a giudicare dall'appellativo, "plumbea", che le assegna Tolomeo.

E floridissima Sulci si presenta all'avvio dell'età imperiale; Strabone, che scrisse durante il principato di Augusto, la definisce, insieme con Cagliari, la più importante tra le città della Sardegna. Il 1 sec. d.C. segna inoltre il passaggio della città al rango di municipio di cittadini romani; il salto giuridico si lega forse ad una decisa opera di ristrutturazione ed urbanizzazione che interessa la città sotto l'impulso dei membri della famiglia imperiale giulio-claudia. Il fulcro principale della città è da localizzare in età imperiale nelle regioni Is Solus e Su Narboni; in quest'ultima, gli scavi recenti nel sito del Cronicario hanno isolato un ampio settore dell'abitato romano che si sviluppa tra il I e gli inizi del II sec. d.C., con abitazioni a due piani sistemate ai lati di un incrocio viario e adiacenti ad un'importante zona di rappresentanza, forse da identificare con il forum della città.

Dell'età imperiale, tra il I e il IV sec. d.C., conosciamo in modo dettagliato la necropoli, impostata sulla precedente area funeraria punica e, meno bene, alcuni monumenti cittadini. L'ingresso alla città era servito da una strada, che correndo lungo l'istmo, conduceva ad un ponte il quale si presenta oggi abbondantemente rimaneggiato; una serie di strutture extra-urbane, alcune delle quali presumibilmente di servizio per deposito ed immagazzinamento erano localizzate nella fascia bassa prospiciente lo stagno, mentre una modesta arena occupava, tra il II e il III sec. d.C., buona parte dell'area della necropoli punica meridionale.

La necropoli romana, nota con il nome di necropolina, per distinguerla dal più monumentale impianto funerario punico, presenta una tipologia assai articolata, con sepolcri alla cappuccina dalla caratteristica conformazione a tetto a doppio spiovente dei tegoloni di copertura, tombe a semplice fossa terragna, tombe in anfora, ed infine sepolture ad incinerazione, dove i resti cremati dei defunti sono sistemati entro un vaso, in genere un'anfora o una brocca. I corredi rinvenuti nelle tombe ci testimoniano dei profondi legami culturali e commerciali che uniscono Sulci all'Africa romana a partire dal II sec. d.C.; le anfore utilizzate nella necropoli per le deposizioni non sono altro che i diffusissimi contenitori commerciali che in origine trasportavano dall'Africa Settentrionale l'olio e la salsa di pesce nota come garum. Sempre dall'Africa provengono i vasi in sigillata chiara e le lucerne, importazioni che si affiancano ad una produzione locale di ceramica comune quasi sempre corsiva, monotona e ripetitiva, costituita prevalentemente da brocche e coppe di formato ridotto.

Alcuni pregevoli mosaici rinvenuti in vari settori della città moderna ed attribuibili alla piena età imperiale, come il famoso mosaico con le pantere affrontate, rivelano anch'essi stretti rapporti con la produzione musiva nordafricana se non nell'esecuzione diretta delle maestranze almeno nella provenienza dei "cartoni" preparatori dell' opera finita.

Tra la fine del II ed il III sec. d.C. nell'area sulcitana ed iglesiente si verifica una cospicua diffusione del Cristianesimo, sulla scia dell'attività mercantile legata ai metalli e dei connessi fenomeni di deportazione e di lavoro forzato, appunto "ad metalla", che provocarono l'esilio di non pochi cristiani nell'isola. Ricordiamo tra questi Callisto, futuro papa di Roma, deportato nelle miniere sarde, probabilmente site nel territorio sulcitano, durante il regno di Commodo, alla fine del II sec. d.C.

Le catacombe di Sulci, sottostanti l'antica cattedrale e in parte ricavate dalla ristrutturazione di antichi ipogei punici, sono la più importante testimonianza di archeologia cristiana della città, con sviluppo cronologico tra il IV e il VII sec. d.C.; esse si connettono alla venerazione del santo Antioco, il "beatus sanctus Anthiocus", vescovo di Sulci, ricordato in un'epigrafe dell'VIII sec. d.C. Sulla figura del santo non può dirsi niente di sicuro; la Passione che lo riguarda non offre infatti indicazioni storiche affidabili sul personaggio, consistendo in una chiara duplicazione delle vicende di un altro Antioco più illustre, l'Antioco di Sebaste in Asia Minore, martirizzato durante il principato di Adriano.