После гибели Митридата Евпатора в 63 г. до н.э. Фанагория за восстание против понтийского царя получила от Рима автономию, т.е. статус свободного государства. Однако римляне сохранили власть над Боспором у Фарнака – одного из сыновей Митридата, предавшего его. Из сообщения историка Аппиана известно, что позднее Фарнак напал на Фанагорию, осадил город и добился признания своей власти. Таким образом, Фанагория вновь вошла в состав Боспорского государства.
В 47 г. до н.э. Фарнак попытался вернуть отцовские владения в Малой Азии, но был разгромлен Юлием Цезарем и погиб после возвращения на Боспор, где против него восстал наместник Асандр.
В I в. н.э. к власти в лице царя Аспурга пришла династия, которую условно называют по распространенным в ней римским именам Тибериями-Юлиями (их использовали наряду с фракийскими и др. именами). Это были потомки Асандра и Динамии, внучки Митридата Евпатора.
Фактически Боспорское государство было «клиентом» Римской империи. Показательно, что еще в конце I в. до н.э. в правление Динамии Фанагория была переименована в Агриппию в честь Марка Агриппы, ближайшего сподвижника первого римского императора Августа (Кесарией в честь него самого был назван Пантикапей).
История Фанагории в I–II вв. известна фрагментарно и во многом благодаря лишь надписям. Хотя, можно упомянуть, что расположение города и его экономическая роль были кратко описаны Страбоном. Археологические исследования важны для изучения экономики и торговли (на примере керамической тары и импортных вещей), а также строительной политики. В I–II вв. н.э. территория города расширилась, были построены и новые стены. Это был период процветания Фанагории-Агриппии, продлившийся примерно до первых десятилетий III в. н.э.
Из надписи 220 г. н.э. о восстановлении колоннады (стои) в городе известно, что Фанагория пострадала от действий какого-то противника. В этой же надписи зафиксирован чиновник, именовавшийся несарх, т.е. «начальник острова». Вероятно, что он равнозначен лицам с похожей по названию должностью, упоминаемым в других боспорских надписях. Возможно, что резиденция несарха была именно в Фанагории – находившемся в древности на острове крупнейшем городе Азиатского Боспора.
Посвятительные надписи в честь богов свидетельствуют о культах, распространенных среди жителей Фанагории в первые века н.э. (Афродиты, Аполлона, Геракла и др.). Жители Фанагории объединялись в фиасы – частные религиозные сообщества.
Боспорское царство вступает в полосу кризис примерно с середины III в. – этот процесс отразился и на Фанагории, которая постепенно все более и более теряла черты античного города. Усилился процесс варваризации его населения; исследования некрополей показывают присутствие в городе сарматского элемента.
В III в. Боспор серьезно пострадал от готов, а в следующем столетии от гуннов, которые, видимо, разрушили и Фанагорию. Впрочем, город был восстановлен. В дальнейшем история Фанагории была связана с Византией, Великой Булгарией и Хазарским каганатом.