Карфагеняне после поражения при Гимере долгое время избегали вмешательства в сицилийские дела. Даже во время Пелопоннесской войны Карфаген остался нейтральным, хотя, по некоторым сведениям, афиняне предлагали ему союз. Но в конце V в. ситуация существенно изменилась. Сиракузы, наиболее серьёзный противник Карфагена, были в значительной степени истощены длительной осадой афинян. Сиракузская эскадра была отправлена в Эгейское море, что ещё более ослабило военно-морские силы Сиракуз. Кроме того, в Сицилии шла непрерывная борьба между греческими городами. Воспользовавшись этой борьбой, карфагеняне весной 409 г. высадили в Сицилии большую армию и осадили Селинунт. После непродолжительной осады город пал, большая часть его жителей была истреблена, остальные обращены в рабство. За Селинунтом та же участь постигла Гимеру. Потом карфагеняне овладели Акрагантом и Гелой. К 405 г. в их руках оказались почти все греческие города Сицилии, кроме Сиракуз, осада которых становилась грозной реальностью.
Военные неудачи ослабили положение демократии в Сиракузах, а всё возрастающая роль наёмных войск подготовила почву для новой тирании. Опираясь на преданные ему отряды, один из наиболее популярных военачальников — Дионисий захватил власть в Сиракузах. В 405 г. он был избран стратегом-автократором, т. е. получил право верховного командования армией и флотом, право представлять государство во внешних сношениях и, наконец, право председательствовать в народном собрании.
Вначале действия Дионисия против карфагенян были мало удачными, что привело к восстанию в сиракузской армии. Но Дионисию удалось подавить это движение, основным ядром которого были всадники — представители знатнейших семей города. Часть мятежников была предана смерти, часть изгнана. Их земельные владения были конфискованы и распределены между бедными гражданами, выслужившимися наёмниками и, как рассказывает Диодор, даже между отпущенными на волю рабами.
Истинной опорой Дионисия была армия и особенно наёмники, из которых теперь вербовалась новая служилая знать. В руки этой знати фактически перешло управление государством. Были организованы военное и финансовое ведомства, игравшие большую роль. Совет и народное собрание сохранились, но демократическая конституция Сиракуз, созданная в 410—409 гг. по афинскому образцу, была значительно урезана. Очевидно, определённую поддержку тирании оказывали и круги средних рабовладельцев, связанные с ремеслом и торговлей и враждебно настроенные по отношению к олигархии.
Упрочив своё положение в Сиракузах, Дионисий начал готовиться к новой войне с Карфагеном. Эти приготовления имели широкий размах. Весь город превратился в арсенал, строился мощный флот, были созданы новые укрепления вокруг Сиракуз. Весной 398 г., когда все приготовления были закончены, народное собрание приняло решение объявить войну Карфагену. Война оказалась длительной и упорной; по существу она велась до конца жизни Дионисия (367 г. до н. э.). И, хотя ему не удалось реализовать основную цель войны — полностью очистить остров от карфагенян, всё же восточная часть Сицилии была от них освобождена, крупнейшие города признали главенство Сиракуз и за карфагенянами осталась примерно лишь треть территории острова.
Войска Дионисия вели удачные военные действия в Южной Италии (взятие Регия в 386 г. до н. э.) и на Адриатическом море. Были даже возобновлены военные действия против этрусков, в результате которых Дионисий занял гавань этрусского города Цере. Только в последние годы его правления Сиракузы начинают отступать под давлением Карфагена.
В начале IV в. Сицилийская держава стала крупной экономической и политической силой не только в Западном Средиземноморье, но и во всём эллинском мире. Сиракузяне в эти годы активно вмешиваются в дела континентальной Греции (неоднократная помощь спартанцам, союз с Афинами) и даже Малой Азии. Образование Сицилийской державы вызвало усиленную иммиграцию из материковой Греции. В Сицилии был основан ряд новых городов (например, Тиндарис, Гадранон и пр.), Сиракузы переживали необычайный расцвет, став самым крупным городом эллинского мира. Старые предместья города были введены в кольцо укреплений и превратились в оживлённые кварталы. Двор Дионисия содержался с большим блеском, сюда приглашались знаменитые учёные, философы, поэты, художники, сам Дионисий писал трагедии, одной из которых афиняне присудили почётную награду.