През периода 1018-1194 г. Горнострумският регион попада в границите на Византийската империя, във военно-административната единица „тема България“, която обхваща териториите на днешна Република Македония, Западна България, части от Северна Гърция и Южна Сърбия.
„Фрурионът Перникон“ – името с което хронистите наричат средновековната крепост Перник, запазва средищната си роля в района. Предполага се, че нейни управители поне до 30-те години на ХІІ в. са византийски сановници. При проучването на хълма са открити оловни печати, които са свидетество както за кореспонденцията им с администрацията, военоначалници и духовници в Цариград, така и за усилените търговски взаимоотношения появили се през този период. Доказатество за последното са и множеството оловни тежести (екзагии) откривани при археологическите разкопки на Пернишката крепост.
С този по своето военно, икономическо и политическо естество град е свързан и ІІ строителен период от развитието на крепостта: През 1063 г. при разрушително земетресение рухват големи участъци от крепостните стени. Вследсвие на това стената била преправена – оформена е като двулицева зидария с пълнеж от дребни камъни и хоросан. В градежа били използвани напречно и надлъжно дървени греди, скрити в зидарията. Основата на новата крепостна стена е по-плитко фундирана. Дебелината й е 2,40 – 2,80 м.
Освен портата от север е била изградена порта и от югозапад, в долния край на западната крепостна стена. Тя била широка около 3 м и се затваряла с двукрила врата.
Кулите не били възстановени, те били заменени от 10 бастиона, четири от които фланкирали двете порти. Запазена била само кулата в северозападния ъгъл на крепостта.
Във вътрешността на крепостта са били изградени от ІХ до ХІІ в. около 75 сгради. Преобладават тези от ломен камък и кал. Само шест от тях са градени с хоросан.
По намерените инструменти се предполага, че част от сградите до северната крепостна стена са били ковачници. Много солидно изградена сграда също е била долепена до северната стена. Била е остъклена. Предполага се, че е била обитавана от заможно семейство (може би управителя на крепостта), защото са намерени меч, шлем, глинени и метални съдове, култови предмети. Това е второто жилище, което е масивно и е прикрепено към крепостна стена и има излаз към кула.
През този период са изградени най-голям брой църкви от съществуването на крепост Перник:
1. Църква в центъра на крепостта – края на ХІ – ХІІ век
2. Двуетажна (привратна) църква с крипта – ХІІ век
3. Трикорабна църква – ХІ – ХІІ в.
4. Гробищна църква в близост до тракийската сграда – ХІІІ в
Много е вероятно през Х – началото на ХІ век да не е имало църква в крепостта.
През август 1189 г. от София край Перник, Земен, Велбъжд и т.н. преминават рицари от ІІІ-ия кръстоносен поход, под предводителството на Фридрих І получил прозвището Барбароса. Укрепленията не са превзети, а днес в тях се открива западноевропейско въоръжение, придобито вероятно като военна плячка от преминаващите рицари.
Непосредствено след това събитие, по неизяснени причини, обитателите на крепостта я напускат набързо, без видими следи от сражение. Тя е завладяна, заедно с редица други западнобългарски крепости от сръбския велик жупан Стефан Неман, който откъсва част от балканските земи – от Ниш до Средец и от Средец до Призрен, намиращи се под властта на Византия.
През 1193-1194 г. българските войски превземат Сердика и селищата по Горна Струма. Пернишко отново е част от българската държава, но крепост Перник не е възстановена и не поема предишните си охранителни и градски функции...