Proces organizowania armii rzymskiej okresu cesarstwa należy łączyć niewątpliwie z osobą Oktawiana Augusta (30 p.n.e. – 14 n.e.). To dzięki jego działaniom wojsko rzymskie stało się w pełni zawodowe.
Pierwszym etapem reformy armii było zdemobilizowanie zbyt dużej liczby legionów, które pozostały po zakończeniu wojny domowej z lat 31 – 30 p.n.e. Z łącznej liczby około sześćdziesięciu legionów walczących zarówno pod dowództwem Oktawiana, jak i po stronie Marka Antoniusza połowa została rozwiązana. W czynnej służbie pozostało dwadzieścia osiem legionów. Żołnierze z legionów, które rozwiązano otrzymali nadziały ziemi na terenie Italii oraz w prowincjach rzymskich. Wypłacono im także jednorazowe odprawy pieniężne. Środki na przeprowadzenie demobilizacji Oktawian czerpał ze swoich prywatnych funduszy.
W drugiej kolejności, zwolnieniem ze służby zostali objęci żołnierze owych dwudziestu ośmiu legionów. Zdemobilizowani byli ci z legionistów, którzy mieli za sobą wystarczająco długi czas pełnienia służby. Im także przyznano nadziały gruntu oraz pieniężne odprawy emerytalne. W miejsce weteranów zaczęto przyjmować nowych rekrutów. Warunki, w jakich mieli oni pełnić służbę, stopniowo zaczęły ulegać zmianie w wyniku kolejnych reform inicjowanych przez Oktawiana. W procesie owych zmian aktywnie uczestniczył także Senat rzymski. I tak już w roku 27 p.n.e. senatorzy przyjęli uchwałę przyznającą osobom służącym w straży przybocznej Oktawiana podwójną stawkę żołdu, niż ta jaką wypłacano legionistom. Dzięki temu żołnierze gwardii pretoriańskiej (cohortes praetoriae), oprócz określenia sposobu naliczania kwoty ich żołdu, otrzymali tym samym niejako prawną sankcję legalnego funkcjonowania w ramach rzymskich sił zbrojnych. Legioniści, co sugeruje treść omawianej uchwały, musieli mieć już także zatwierdzony stały żołd.
W 13 roku p.n.e. została wprowadzona kolejna reforma określająca czas trwania służby. Oktawian, po powrocie z Galii, wprowadził zasadę, że okres pełnienia służby dla legionistów miał wynosić 16 lat a dla żołnierzy gwardii pretoriańskiej lat 12. Prócz tego, obowiązkiem weteranów było pozostawanie w stanie tzw. „czynnej rezerwy” przez okres czterech lat. Oznaczało to, że w przypadku zagrożenia owi weterani mieli zgłaszać się ponownie do swoich jednostek i brać udział w wyznaczanych im zadaniach.
W 5 roku n.e. długość czasu służby uległa zmianie. Odtąd legioniści mieli służyć przez lat 20 a pretorianie przez lat 16. Czas „czynnej rezerwy” został przedłużony o rok i wynosił lat pięć. W 6 roku n.e. Oktawian postanowił przeprowadzić kolejną reformę związaną tym razem z problemem zabezpieczenia materialnego żołnierzy odchodzących ze służby. Weterani mieli otrzymywać odprawy emerytalne wynoszące w przypadku legionistów po 3000 denarów a żołnierze gwardii pretoriańskiej po 5000 denarów. Kwoty te miał wypłacać specjalnie do tego celu utworzony fundusz nazywany skarbem wojskowym (aerarium militare). Na jego konto Oktawian przekazał jednorazową dotację w kwocie 170 milionów sesterców.
Stałym źródłem dochodu skarbu wojskowego miały być wpływy pochodzące z dwóch podatków. Pierwszym był 5% podatek od spadków zapisywanych osobom, które nie były krewnymi spadkodawcy. Drugim podatkiem była zaś opłata od sprzedaży publicznej w wysokości 1% wartości zbywanych przedmiotów. Nadzór nad aerarium militare mieli sprawować kolegialnie trzej urzędnicy piastujący wcześniej urząd pretora. Oktawian wprowadził także formalny zakaz zawierania związków małżeńskich przez żołnierzy w czasie wykonywania służby wojskowej. Stały żołd, granice czasowe służby oraz odprawy emerytalne były to trzy zasadnicze elementy, dzięki którym został utworzony status legionów i gwardii pretoriańskiej. Odtąd, służba wojskowa zaczęła nabierać znamion zawodu a armia rzymska definitywnie przestała funkcjonować na zasadach obywatelskiej milicji lub pospolitego ruszenia.
Wojskowe reformy Oktawiana Augusta nie objęły żołnierzy oddziałów pomocniczych (auxilia velauxiliares), w skład których wchodzili mieszkańcy państwa rzymskiego nie będący obywatelami rzymskimi (peregrini). Oktawian August, oprócz przeprowadzenia demobilizacji części jednostek auxiliares biorących udział w wojnach domowych, nie sprecyzował zasad, podług których żołnierze z tych oddziałów mieli pełnić służbę. Dopiero za rządów cesarza Klaudiusza (41 – 54 n.e.) ustalono, że mieli oni służyć przez okres 25 lat. Po zakończeniu służby każdy z żołnierzy oddziałów pomocniczych miał otrzymać obywatelstwo rzymskie dla siebie, swojej żony – gdyby w przyszłości zawarł związek małżeński i dzieci. Wprowadzona została urzędowa forma potwierdzenia otrzymania takiego przywileju w postaci tzw. dyplomu wojskowego, wystawionego na imię osoby uhonorowanej. Dla żołnierzy jednostek auxiliares ustanowiony został także stały żołd oraz odprawy emerytalne.
Kolejne reformy uzupełniały lub modyfikowały kształt rzymskich sił zbrojnych dostosowując je do zmieniającej się sytuacji państwa. Dotyczyły one zarówno kwestii rewaloryzacji żołdu, zmian w rekrutacji, wprowadzania nowych typów jednostek, budowania stałych linii obrony, jak i generalnie modernizacji całego wojska.
Za rządów Wespazjana Flawiusza (69 – 79 n.e.) do legionów zaczęto przyjmować w większym niż dotąd stopniu mężczyzn, którzy pochodzili ze zromanizowanych prowincji rzymskich.
Za panowania Domicjana (81 – 96 n.e.) miało miejsce podwyższenie podstawowych stawek wynagrodzenia żołnierzy. Za jego też inicjatywy rozpoczęto budowę stałych linii umocnień (limes), które miały ochraniać granice państwa rzymskiego nad Renem.
Od czasów Flawiuszy miały miejsce przypadki jednorazowego nadawania obywatelstwa rzymskiego wszystkim żołnierzom oddziałów pomocniczych (auxilia), które wykazały się szczególną walecznością.
Dzięki Hadrianowi (117 – 138 n.e.) ustalone zostały ramy organizacyjne dla dwóch nowych typów oddziałów pomocniczych. Były to numeri i cunei, które po raz pierwszy pojawiły się pod koniec I wieku n.e. Z inicjatywy Hadriana wybudowano wał obronny na terenie Brytanii. Zezwolił on także, aby legiony uzupełniały swoje szeregi w miejscu ich stacjonowania. Wreszcie, to za jego panowania konne i piesze oddziały pomocnicze zaczęto uzbrajać na wzór rzymskich legionistów.
Za Antoninusa Piusa (138 – 161 n.e.) zmodyfikowano zasadę przyznawania obywatelstwa rzymskiego dzieciom weteranów oddziałów pomocniczych. Odtąd ich synowie mieli na własną rękę zdobywać civitas Romana. Z polecenia Piusa wzniesiono drugą linię umocnień w Brytanii, nazwaną Wałem Antonina.
W latach dziewięćdziesiątych II wieku n.e. gruntowną modernizację armii przeprowadził Septymiusz Sewer (193 – 211 n.e.). Polegała ona na zwiększeniu liczebności w poszczególnych oddziałach, zmodyfikowaniu dotychczasowych zasad rekrutacji i na podwyższeniu podstawowych stawek żołdu. Sewer zniósł zakaz zawierania związków małżeńskich w czasie trwania służby. Z jego też przyzwolenia dowódcami legionów mogły być osoby pochodzące ze stanu ekwickiego (praefecti legionis). Sewer wprowadził także zasadę, iż synowie centurionów stawali się automatycznie ekwitami. Jego też zasługą było oparcie zaciągu do legionów wyłącznie na ludności prowincji, w której stacjonowała dana jednostka.
Od czasów Aleksandra Sewera (222 – 235 n.e.) działki ziemi otrzymywane nie tylko przez weteranów, ale także przez oficerów i żołnierzy służących na pograniczu nie mogły być odstępowane osobom niewojskowym. Przechodziły one na synów żołnierzy, o ile także poświęcili się służbie wojskowej.
Za panowania Galiena (253 – 268 n.e.) przedstawiciele stanu senatorskiego (ordo senatorius) zostali odsunięci od sprawowania jakichkolwiek stanowisk oficerskich w wojsku. Legati legionis zostali zastąpieni przez ekwickich praefecti legionis. Z jego inicjatywy została utworzona konna armia rezerwowa (Equites).
W III wieku n.e. Dioklecjan (284 – 305 n.e.) dokonał podziału armii rzymskiej na wojska pogranicza (limatenei – ripenses) i polowe (palatini – comitatenses). Prawdopodobnie to także on wydał zarządzenie, iż synowie żołnierzy i weteranów, jeśli fizycznie są zdolni, mają obowiązek również obrać zawód żołnierski.
