Несмотря на то что город в раннесредневековую эпоху не достиг прежнего уровня своего величия, он тем не менее занимал видное положение среди прочих городов Северного Причерноморья. В этот период Фанагория (наряду с известной Тмутараканью, которая располагалась в 25 км от нее) была одним из административных центров Хазарского каганата (соседом древнерусского государства), находившегося между Волгой и Днепром.
Одно время в изгнании в Фанагории находился знаменитый византийский император Юстиниан II, правивший в Константинополе в 685–695 и 705–711 гг. Он был первым в мире императором, который поместил на своих монетах изображение Иисуса Христа. Византийский писатель Феофан так рассказывает об этой ссылке в своем труде «Хронография» под 704 г."
"Когда Юстиниан, живший в то время в Херсонесе (нынешний Севастополь), заявил, что вновь собирается царствовать, жители, убоявшись наказания со стороны империи (т. е. Византии), решили либо убить его, либо выслать василевсу (т. е. византийскому императору). А он, проведав об этом, смог спастись бегством и, достигнув Дараса (город в Крыму), потребовал свидания с хаганом (царем) хазар. Узнав об этом, хаган принял Юстиниана с великими почестями и отдал ему в жены Феодору, свою кровную сестру. Спустя некоторое время Юстиниан, отпросившись у хагана, уехал в Фанагорию и жил там с Феодорой. Услышав про это, его враги послали к хагану посла, обещая ему множество даров, если он перешлет им живого Юстиниана. Если же нет, то хотя бы его голову. Хаган уступил такой просьбе и послал Юстиниану охрану под предлогом защиты его от соплеменников, стремящихся устроить против него заговор, а сам приказал Папацу, бывшему его наместником в Фанагории, и Валгицу, архонту Босфора (т. е. хазарскому наместнику района Керченского пролива), убить Юстиниана, как только им подадут знак. Но так как через слугу хагана об этом была извещена Феодора, все стало известно и Юстиниану. Призвав упомянутого Папаца для беседы наедине, он задушил его струной. Так же поступил Юстиниан и с архонтом Валгицем. Затем он немедленно отсылает Феодору в Хазарию, а сам, тайно сбежав из Фанагории, прибыл в Томы (местность в Крыму). Найдя там снаряженную гелиаду (рыбацкое судно), Юстиниан договорился с владельцем, погрузился на нее и доплыл до Херсона, а оттуда, минуя устье Днепра и Днестра, вошел в реку Дунай. После этого он послал своего соратника к Тервелю, царю Болгарии, с тем, чтобы он дал помощь для овладения империей своих предков. Затем с помощью болгар и славинов он захватил Константинополь и провозгласил себя императором.
В VII в. Фанагория была столицей Великой Болгарии. Именно отсюда начался поход на Дунай хана Аспаруха, основателя современной Болгарии.