Nach der Schlacht bei Bibracte gewann das römische Heer erst mit den Alpenfeldzügen von Drusus und Tiberius unter Kaiser Augustus geschichtsbildende Bedeutung für das heutige Staatsgebiet der Schweiz. Danach lagen an mehreren Orten römische Verbände, zunächst im Rahmen der Vorbereitungen für die Kriege im Innern Germaniens, dann, nach der Niederlage des P. Quinctilius Varus im Teutoburgerwald (9 n.Chr.), zunehmend als Grenztruppen an strategisch wichtigen Punkten der neu entstandenen Rheingrenze (Limes).
Als Kaiser Tiberius Ende 16 n.Chr. die Kampfhandlungen im rechtsrheinischen Gebiet einstellen liess, wurde in Vindonissa ein festes Lager errichtet, das bis ca. 45/46 n.Chr. der legio XIII Gemina, bis 70 n.Chr. der legio XXI Rapax und danach bis 101 n.Chr. der legio XI Claudia pia fidelis als Hauptstandort diente, und zu dem mindestens bis Mitte des 1. Jahrhunderts n.Chr. noch weitere kleinere, meist direkt am Rhein gelegene Kastelle gehörten (v.a. Augusta Raurica, Zurzach). In den Kastellen und im Legionslager Vindonissa selbst lagen zudem verschiedene, zum Teil in Abteilungen aufgespaltene Hilfstruppen (Auxilia). Alle diese Einheiten bildeten zusammen die südlichste Gruppe des obergermanischen Heeres (exercitus Germanicus superior) und unterstanden dem kaiserlichen Statthalter in Mainz. Ihre Aufgabe lag vor allem in der Kontrolle des rechtsrheinischen Vorfeldes und im Schutz der linksrheinischen römischen Besitzungen, die für die Versorgung der römischen Truppen eine wesentliche Rolle spielten. Ferner wurden die Soldaten zum Polizeidienst, zu Verwaltungsaufgaben und zu Bauarbeiten im öffentlichen Interesse herangezogen. Teilweise von Vindonissa aus wurde auch die Anlage vorgeschobener militärischer Posten und Lager betrieben, die schliesslich mit der Einziehung des Dekumatenlandes und der Einrichtung der Provinz Germania Superior unter Kaiser Domitian (81-96) zur offiziellen Vorverlegung der Reichsgrenze führte. Deshalb konnte Kaiser Traian im Jahr 101, als er die 11. Legion für den Krieg gegen die Daker in den Osten berief, das nun weit hinter der Grenze gelegene Legionslager Vindonissa auflassen.
Die Legionen, die traditionellen Kerntruppen des römischen Heeres, bestanden aus 5000-6000 überwiegend freiwillig dienenden römischen Bürgern. In Vindonissa stammte die Mehrzahl aus Norditalien, einige aus Südgallien, später auch aus Spanien und dem Osten. Die meist ca. 500 Mann starken Hilfstruppen waren ursprünglich aus den waffenfähigen Männern der unterworfenen oder der mit Rom befreundeten Völker aufgestellt worden und wurden später zunehmend aus dem Hinterland ihres Stationierungsorts ergänzt. So dienten schon im frühen 1. Jahrhundert auch Helvetier, vor allem als Reiter, in den Auxilia. Die Hilfstruppen spielten im kaiserzeitlichen Heer die Rolle spezialisierter Kampfeinheiten (z.B. Reiterei, Bogenschützen). Nicht zum römischen Heer gehörten die milites Helvetiorum, die im Bürgerkriegsjahr 69 n.Chr. aufgerieben wurden. Mit der Entlassung erhielten die Auxiliarsoldaten unter anderem das römische Bürgerrecht. Viele Legions- und Hilfstruppenveteranen liessen sich danach in der Nähe ihrer ehemaligen Truppe nieder. Das römische Heer sicherte somit die Verbreitung der lateinischen Sprache, des römischen Bürgerrechts, der römischen Werte, Lebensweisen und Kultur im Umland des Stationierungsorts.
Nach dem Abzug der 11. Legion waren bis gegen Ende des 3. Jahrhunderts n.Chr. auf dem heutigen Gebiet der Schweiz keine römischen Truppen mehr fest stationiert. Gegen Ende des 1. Jahrhunderts n.Chr. und im 2. Jahrhundert n.Chr. wurden im Gebiet der Helvetier, im Wallis und bei den Raurakern jedoch neue Hilfstruppen aufgestellt. Helvetier dienten auch in anderen Hilfstruppen und sogar in der berittenen kaiserlichen Leibgarde.
Nach den Germaneneinbrüchen um die Mitte des 3. Jahrhunderts n.Chr. wurden die Rheingrenze und zum Teil auch die Nachschubwege vor allem unter den Kaiser Diokletian (284-305), Konstantin I. (306-337) und Valentinian I. (364-375) neu befestigt. Von den spätrömischen Grenzbesatzungen sind lediglich Teile der legio I Martia vom frühen 4. Jahrhundert an in Kaiseraugst bezeugt sowie im Kastell in Arbon spätestens gegen Ende des 4. Jahrhunderts die cohors Herculea Pannoniorum. Der Boden- und der Genfersee wurden durch Flotten bewacht. Der Abzug der letzten kaiserlichen Grenztruppen wird allgemein für das Jahr 401/402 angenommen.