С приходом шумеров археологическая культура Убейд сменяется в Нижней Месопотамии культурой Урук (IV тыс. до н. э.). Шумеры смешались с местными субареями и ассимилировали их, в свою очередь переняв от них многие навыки ремесла и искусства. Городские поселения и храмовые здания периода Урук продолжают постройки предыдущей убейдской эпохи, так что приход шумеров был мирным и носил характер подселения в уже существующие центры.
Формирование единого шумерского этноса на территории Нижней Месопотамии разорвало субарейскую ойкумену на две части: северомесопотамско-загросский регион Субарту и небольшую страну Субар у границ Элама (юго-западный Иран). На рубеже III–II тыс. до н. э. субареев Субарту ассимилировали их северо-восточные соседи хурриты (на которых с тех пор и перешло в месопотамских источниках название «субареи», «шубареи»), а приэламские «люди су» слились тогда же с эламитами.
Шумеры эпохи Урук образовывали, очевидно, племенной союз с центром в Ниппуре – протогороде, где поддерживался культ верховного общешумерского бога Энлиля. Во второй половине IV тыс. до н. э. они переходят к широкой внешней экспансии: их однотипные колонии появляются на чужеземной территории по Верхнему и Среднему Евфрату и в Юго-Западном Иране (в Сузах), служа центрами военного и торгового доминирования. Создание таких колоний было бы недостижимо для отдельных общин и требовало наличия всешумерского политического единства. В эпоху Урук у шумеров выделилась, судя по погребениям, властная и богатая правящая верхушка, появились рабы-военнопленные и, наконец, возникла пиктографическая письменность. Как видно, шумерское объединение этого времени представляло собой племенную державу, сравнимую с ранними американскими державами наподобие ацтекской.
В конце IV тыс. до н. э. шумерские колонии перестают функционировать – шумеры теряют свои внешние владения, и наступает новая археологическая фаза – Джемдет-Наср, оканчивающаяся тем, что на рубеже IV–III тыс. до н. э. шумеры овладели производством бронзы. С этого времени археологи начинают т. н. Раннединастический период
(ок. 3000–2300 гг. до н. э.), делящийся на три подпериода; первый из них ок. 2900 г. до н. э. завершился, как показали раскопки, грандиозным наводнением, затронувшим большинство местностей Нижней Месопотамии. Первые же письменные источники, доступные нам после этого (вторая четверть III тыс. до н. э.) рисуют Шумер раздробленным на множество независимых государств и показывают повсеместное присутствие бок о бок с шумерами нового, семитского этноса (носителей т. н. аккадского языка; в науке их называют аккадцами, восточными семитами или ассиро-вавилонянами). Шумерская традиция, со своей стороны, твердо выделяет две фазы истории страны: до некоего катастрофического «потопа» и после потопа, причем обе эпохи оказываются эпохами раздробленности, а грань между ними, по данным царским спискам, проходит около того же 2900 г. до н. э., когда по материалам раскопок Нижнюю Месопотамию действительно постиг «потоп».Сводя все это воедино, можно заключить, что былой племенной союз шумеров эпохи Урук утратил свои внешние владения, а потом и вовсе распался под напором расселения восточных семитов – аккадцев из Северной Аравии (на поселениях фазы Джемдет-Наср действительно нередко встречаются следы жестоких разрушений). Наступившая фаза раздробленности соответствует I Раннединастическому периоду – первому периоду, удержавшемуся в исторической памяти шумеров; его подытожило великое наводнение – «потоп», после которого семиты и шумеры уже сосуществуют как симбиоты. К середине III тыс. до н. э. они образовали с шумерами двуединый и двуязычный суперэтнос, имевший общее самоназвание – «черноголовые» (по-шумерски санг-нгига, по-аккадски – цалматкаккади). Самоидентификация этноса была ритуально-языковой: критерием ее было членство в общине, поддерживавшей культ шумеро-аккадских божеств и считающей своим главным покровителем одно из них. Неотъемлемым атрибутом этого суперэтноса было использование шумерской письменности, усвоенной аккадцами. После окончания фазы Джемдет-Наср она превратилась из пиктографической в словесно-слоговую.
В первые века Раннединастического периода шумерское общество уже было классовым, и территория Шумера представляла собой конгломерат множества т. н. номовых государств (или городов-государств). Каждое из них представляло собой один крупный протогородской центр с тяготеющей к нему ближайшей округой. В первые века III тыс. до н. э. такие центры (каждый из них представлял собой густозаселенное поселение вокруг храма, обслуживавшего весь ном) обносятся оборонительными стенами.