Posteriormente, los carpetanos, en alianza con vetones, bacceos y celtíberos, se constituyeron en una amenaza para Roma que ésta solucionó en el 192 a. J.C. por medio de Marco Fulvio. Las luchas terminaron , con la caída de Numancia, el año 133 a. J.C. en el que se inicia la pacificación, asentamiento y romanización de la zona.

No se tiene conocimiento de la fecha exacta en que los romanos ocuparon la ciudadela de San Juan de Viso y el castro del "Salto del Cura", pero las monedas del denominado "tesorillo de Zulema", parecen sugerir que antes de la mencionada caída de Numancia.

No obstante, en el año 80 a. J.C., durante las guerras entre Sertorio y Pompeyo, ya se menciona a Complutum, que en época de Augusto adquiriría gran importancia por su valor militar y como nudo de comunicaciones (entre vías primarias y secundarias se dice, en el "Itinerario de Augusto", que eran 23 las calzadas que permitían llegar a la ciudad).

La romanización empezaría en la población preexistente del cerro del Viso, cuyas fortificaciones se reforzarían a la vez que se tendía la red de calzadas. Posteriormente, con la paz de Trajano y de los Antoninos (siglo II), la población comenzará a descender al pie del cerro en busca de una zona con menos declive, más fértil y mejor comunicada.

El área que acabaría ocupando la urbe sería; desde la ladera del cerro del Viso hasta la actual nacional II (en la dirección norte-sur), y desde el Arroyo Torote hasta las puertas de Madrid y Santa Ana (en dirección este-oeste). Ello no excluye la existencia de edificaciones alejadas del casco urbano, como la villa que se descubrió en 1970 a la altura de la ermita de Nuestra Señora del Val.

Complutum tenía el trazado típico de la ciudad romana, que arranca del campamento militar con dos calles principales que se cruzan; cardo y decumano.

La denominación de "Complutum" parece venir del verbo latino "compluere" que significa confluir o del término "compluo" (confluencia de aguas). El nombre sería bastante apropiado puesto que la población primitiva se encontraría en la "confluencia" de los ríos Henares y Camarmilla.

Tenía la ciudad carácter de "civitas stipendiaria", es decir, que mediante el pago de un tributo o estipendio anual a la metrópoli conservaba el derecho a su autonomía y sus propios usos mientras no alterasen el orden establecido.

Complutum perteneció inicialmente a la provincia de Hispania Citerior y, desde tiempos de Augusto, a la Tarraconense. Bajo Diocleciano pasó a depender del Convento Jurídico de Caesaraugusta, en la provincia Cartagenense, siendo cabecera de una comarca de similar extensión a la de su actual partido judicial.

Fue al final de la etapa romana, cuando tuvo lugar uno de los hechos fundamentales para el futuro de la ciudad; el martirio de los niños cristianos Justo y Pastor, más conocidos como "Los Santos Niños". El fervor cristiano en Compluto debió de ser fuerte puesto que algunas crónicas, aunque no demasiado fiables, hablan de los obispos complutenses Juliano y Ampulio, que de ser ciertas dichas fuentes, lo habrían sido en los años 363 y 380, respectivamente. Cierto o no este hecho, el posterior descubrimiento de los restos de los mártires daría, ya en la época visigótica, un impulso importantísimo a la ciudad y promovió su "renacimiento" tras las destrucciones "bárbaras".