公元前7世纪中期，曾经无比风光的军事强国亚述帝国终于在内忧外困中奄奄一息了。当初它所践踏的王国如今都想在它的心脏上插上一刀，压垮这匹骆驼的绝不是一根稻草，而是来自巴比伦迦勒底人的凶狠一刀，带血的长矛和盾牌是他们攻防俱佳的武器。
迦勒底人是牧羊民族，夜晚他们一边看守羊群，一边眺望美丽动人的夜空，长期的星象观察使他们对天体运动有了种种新的发现。它们把天上显著的亮星用想像的虚线连接起来，并描绘成各种动物和人的形象，确立早期一些星座的人就是迦勒底人。公元前630年，巴比伦迦勒底人的首领那波帕拉萨趁亚述内乱之际，逐渐取得了对巴比伦尼亚的控制。公元前626年，自立为巴比伦王。
公元前612年，迦勒底人联合米底人攻陷了曾经强悍的亚述帝国首都尼尼微，瓜分了亚述的江山。由于迦勒底人建立的帝国也是以巴比伦城为首都的，为了和那个被亚述灭掉的古巴比伦王国相区别，历史上称之为“新巴比伦王国”。
为争夺亚述的财产，公元前607～公元前605年，新巴比伦王国同埃及赛斯王朝在幼发拉底河上游不断发生冲突，公元前605年春天，双方在幼发拉底河西岸的卡尔赫米什进行了决战。是役，埃及军队惨败，新巴比伦王国国王尼布甲尼撒下令穷追，终于在哈马什全歼了埃及军队。接下来的两三年中，尼布甲尼撒还对周边一些小国发动了一系列的征服战争，大马士革、西顿、推罗以及耶路撒冷都被迫纳贡称臣。
公元前601年，尼布甲尼撒再度与埃及交战，结果折翼而返，趁着这个机会，3年来一直臣服于尼布甲尼撒的犹太国王约雅敬投向了埃及人的怀抱。公元前598年底，投降埃及的犹太国王约雅敬去世，他的儿子约雅斤即位。尼布甲尼撒认为这是进攻犹太王国的最好时机，于是亲率大军攻向耶路撒冷。经过两个多月的围攻，在犹太内部亲巴比伦派的推动下，犹太国王带着所有的大臣一起出城投降。尼布甲尼撒废黜了约雅斤，封约雅斤的叔叔为犹太王，并为其改名西底家，让他宣誓效忠新巴比伦王国，不得反叛。然后下令将犹太王室的大部分成员和犹太王国的能工巧匠一齐押往巴比伦。临行前，又下令对耶路撒冷的神庙进行洗劫。
公元前588年，埃及人向巴勒斯坦地区发动了新的进攻。犹太国王西底家和这一地区其他臣服于新巴比伦的小国，这时纷纷起来响应埃及人。不久，尼布甲尼撒率新巴比伦军队对耶路撒冷发动了第二次围攻。这次围攻历时18个月，由于饥荒和内部分裂，耶路撒冷终于在公元前586年被攻陷。尼布甲尼撒在犹太国王西底家的面前杀死了他的几个儿子，然后挖去了西底家的眼睛，接着又用铜链锁着西底家把他带到巴比伦去示众。耶路撒冷全城被洗劫一空，城墙被拆毁，神庙、王宫和许多民宅被焚烧，全城大部分人口（尤其是贵族和手工业者）几乎全被掳到巴比伦，尼布甲尼撒用“怒火熔化了”“无用的铜、锡、铁、铅”。这就是历史上有名的“巴比伦之囚”。
尼布甲尼撒让世人记住他的还有古代世界七大奇迹之一的“空中花园（亦称‘悬苑’）”。公元前614年，尼布甲尼撒娶了米底王国公主赛米拉斯。然而，由于婚前的生活环境山峦起伏，森林茂密，而现在却满眼黄土，赛米拉斯不觉生起思乡病来，这下可急坏了尼布甲尼撒。于是，他下令召集了几万名能工巧匠，用人工堆砌了一座边长120多米，高25米（用石柱和石板一层一层向上堆砌，直达高空）的大假山。假山共7层，每层铺上浸透柏油的柳条垫，以防渗水。上面再铺上两层砖头，还浇铸了一层铅。采取这些措施以后，才在上面一层一层地培上肥沃的泥土，种植奇花异草。这些花木远看好像长在空中，所以叫做“空中花园”。空中花园里，除了奇花异草，还建造有富丽堂皇的宫殿。据说，赛米拉斯从此兴高采烈，思乡病一下子全好了。
尼布甲尼撒还重修了巴比伦城，把首都巴比伦城建成一座堡垒般的城市。城市是方形的，每边长22.2千米，围绕城市的城墙大约有8.5米高，是用砖块和油漆浇灌而成的；四匹马拉的战车可以在宽阔的城墙上奔驰。全城有100扇用铜做成的城门，因此希腊大诗人荷马又把巴比伦城称为“百门之都”。
在尼布甲尼撒统治时期，巴比伦的国力最为强大，巴比伦城人口达到10多万，且因地处交通要冲，世界各国的商人都到这里来，是当时亚洲西部著名的商业和文化中心，被称为“上天的门户”。当时政治相对稳定，经济繁荣。但是，强盛的背后是埋伏了许久的危机，被征服的外族人对巴比伦奴隶主的仇恨日益增强、反抗不断发生，本族的贫民和农民因破产沦为奴隶，也加剧了国内的阶级矛盾，奴隶主阶级内部争权夺利的矛盾也越来越激烈。尼布甲尼撒去世后，国内政局立即动荡起来，六年中八个国王被废，其中两个被杀。在东面，力量越来越强大的波斯帝国征服了巴比伦的盟邦米底，对巴比伦形成了大军压境的局面。公元前539年，波斯王居鲁士二世率兵进攻巴比伦尼亚，对当时的末代王那波尼德不满的神庙僧侣迎居鲁士二世入巴比伦城，那波尼德兵败被俘，新巴比伦王国灭亡。此后，两河流域再也没有出现过独立的完整的国家，直到20世纪的伊拉克王国。