В конце II в. до н.э. Фанагория, как и другие города Боспора, вошла в состав черноморской державы царя Понта Митридата VI Евпатора (правил в 120–63 гг. до н.э.). В державе Митридата Фанагория сохраняла формальную автономию. Найденный в 1986 г. декрет о даровании гражданских прав наемникам был принят от имени «совета и народа фанагоритов». С другой стороны, этот документ датирован «царствованием Митридата» и годом эры, использовавшейся в Понтийском царстве (210 г. = 88/87 г. до н.э.), а наемники, видимо, были воинами царского гарнизона. Фанагория чеканила при Митридате свои монеты, но на них помещалась и царская символика (звезда и полумесяц и т.д.). Таким образом, независимость Фанагории носила ограниченный характер, что было характерно для статуса полисов в составе эллинистических держав. Однако подобное положение дел вначале, видимо, вполне устраивало жителей Фанагории.
Войны Митридата с Римом (88–85, 83–81 и 74–63 гг. до н.э.), требовавшие колоссальных затрат – финансовых и людских – затронули и подданных царя в Северном Причерноморье. Особенно тяжелым положение стало в ходе третьей войны против Рима, когда Митридат, потеряв родовые владения в Малой Азии, бежал на Боспор, где он начал собирать новую армию. Недовольство вызывали также произвол Митридата и его приближенных.
В 63 г. до н.э. жители Фанагории во главе с неким Кастором, пострадавшим от действий царского придворного Трифона, подняли восстание против Митридата, который в тот момент находился в Пантикапее (совр. Керчь). Рассказы об этих событиях, которые сохранились у Аппиана (ок. 85–165 гг. н.э.), а также Павла Орозия (ок. 385–420 гг. н.э.), дополнили несколько замечательных археологических находок, сделанных в Фанагории с 2005 по 2014 гг.
Восставшие жители города блокировали на акрополе группу родственников Митридата (нескольких его сыновей и дочерей), а также царский гарнизон. После того как акрополь был подожжен, бóльшая часть детей царя сдалась. Оборону в какой-то части города продолжала лишь его дочь Клеопатра. В 2008 г. ходе работ на акрополе Фанагории (раскоп «Верхний город») было обнаружено здание со следами сильного пожара и монетными кладами митридатовского времени – очевидно, это была царская резиденция.
По сообщению Аппиана, Митридат послал из Пантикапея корабли на помощь Клеопатре. Один из них был обнаружен при подводных исследованиях в 2012 г. Малый размер этого судна (длина 16,5 м; ширина 3,5 м) согласуется с тем, что Аппиан называет корабли, отправленные Митридатом в Фанагорию, «двухрядными». В 2014 г. около этого судна был найден бронзовый таран длиной ок. 1 м. На нем имеются изображения звезды и полумесяца – символов Митридата и его династии, известных по монетам и другим изобразительным источникам (только на них у звезды больше лучей – шесть, семь или восемь, в то время как на таране пять). Символы на таране указывают не на то, что судно было царским флагманом, а на производство тарана в царской мастерской (подобная практика была распространена в эпоху эллинизма, когда на оружии, произведенном за царский счет, помещались имена монархов или их символика).
Самое сенсационное открытие в Фанагории, связанное с Митридатом, было сделано 2005 г., когда при подводных исследованиях портовых сооружений III–IV вв. н.э. был найден постамент статуи с надписью «Гипсикрат, жена царя Митридата Евпатора Диониса, прощай». Эта находка подтвердила сообщения двух античных авторов – Плутарха (ок. 46–127 гг. н.э.) и Валерия Максима (I в. н.э.) – о том, что у Митридата была наложница (или жена) Гипсикратия, которую царь за мужество именовал Гипсикратом.
Несмотря на то, что античные писатели не упоминают Гипсикратию в связи с Фанагорией, очевидно, что она умерла в этом городе (наиболее вероятно, погибла именно во время восстания в 63 г. до н.э.) и была здесь похоронена. Это наводит на мысль и о том, что Митридату на какое-то время удалось вернуть контроль над Фанагорией. Постамент статуи Гипсикратии был лишь частью монумента с изображениями и других людей, имена которых неизвестны. Возможно, что Гипсикратия прибыла в Фанагорию на кораблях, отправленных царем из Пантикапея на помощь Клеопатре.
Несмотря на вероятное восстановление контроля над Фанагорией, дело Митридата в целом было проиграно. Когда вскоре в Пантикапее против царя выступил Фарнак, один из его сыновей, Митридат, не пожелавший сдаться и быть выданным римлянам, приказал телохранителю убить себя. После всех этих событий победитель Митридата римский политик и полководец Помпей даровал Фанагории автономию.
Позднее Фарнак, по воле римлян сохранивший власть над Боспором, напал на Фанагорию, осадил город и добился его возвращения в состав Боспорского царства.