この間に光明皇后の信任を得た藤原南家の藤原仲麻呂（武智麻呂の子）が台頭、紫微中台を組織して755年（天平勝宝7年）には橘諸兄から実権を奪い、757年（天平宝字元年）には諸兄の子橘奈良麻呂も排除した（橘奈良麻呂の変）。仲麻呂は独裁的な権力を手中にし、傀儡（かいらい）として淳仁天皇を擁立し、みずからを唐風に恵美押勝と改名し、儒教を基本とする中国風の政治を推進したが、今度は孝謙上皇の寵愛を得た僧道鏡が頭角を現し、押勝はこれを除くために764年（天平宝字8年）に反乱を起こして敗死した（藤原仲麻呂の乱）。これにより、淳仁天皇は廃され、淡路に流された。
道鏡は、やがて765年（天平神護元年）には太政大臣禅師、翌766年（天平神護2年）には法王となり、一族や腹心の僧を高官に登用して権勢をふるい、西大寺の造立や百万塔の造立など、仏教による政権安定をはかろうとした。称徳天皇（孝謙上皇が復位）と道鏡は宇佐八幡宮に神託がくだったとして、道鏡を皇位継承者に擁立しようとしたが、藤原百川や和気清麻呂に阻まれ、770年（宝亀元年）の称徳天皇の没後に失脚した（道鏡事件）。これに代わり、光仁天皇を擁立した藤原北家の藤原永手や藤原式家の藤原良継・百川らが躍進した。光仁天皇はこれまでの天武天皇の血統ではなく、天智天皇の子孫であった。光仁天皇は、官人の人員を削減するなど財政緊縮につとめ、国司や郡司の監督をきびしくして、地方政治の粛正をはかった。しかし、780年（宝亀11年）には陸奥国で伊治呰麻呂の反乱がおこるなど、東北地方では蝦夷の抵抗が強まった。
784年（延暦3年）強まってきた寺社勢力からの脱却のため、桓武天皇が山背国長岡の地に新たな都（長岡京）を造成したが、工事責任者の藤原種継が暗殺され、桓武天皇の弟早良親王が捕まる事態となって、794年（延暦13年）新しい都城を造成し、山背国を山城国と改め、新京を平安京と名づけて遷都した。この遷都をもって、奈良時代と呼称される時代は完全に終焉を遂げ、平安時代がはじまる。
詳細は天平文化を参照
政府は、学生や僧を唐へ留学させ、さまざまな文物を取り入れた。また、朝鮮半島との交流も盛んであった。これらの交易物などは、正倉院宝物でも、その一端をうかがい知ることができる。716年（霊亀2）には阿倍仲麻呂（唐で客死）・吉備真備・僧玄昉ら唐に留学した。彼らは、当時の列島にさまざまな文化をもちこんだ。
712年（和銅5年）にできたとされる『古事記』は、宮廷に伝わる「帝紀」「旧辞」をもとに天武天皇が稗田阿礼によみならわせた内容を太安万侶が筆録したものである。神話・伝承から推古天皇にいたるまでの物語であり、多くの歌謡を収載している。口頭の日本語を漢字の音・訓を用いて表記されている。
それに対し、714年（和銅7年）に紀清人・三宅藤麻呂に国史を撰集させ、舎人親王が中心となって神代から持統天皇までの歴史を編集、720年（養老4年）に撰上されたのが『日本紀（日本書紀）』30巻・系図1巻である。これは、中国の歴史書の体裁にならったもので、漢文の編年体で記されている。こののち、『日本三代実録』まで漢文正史が編まれて「六国史」と総称されるが、『日本書紀』はその嚆矢となったものである。
また、政府は713年（和銅3年）には諸国に「風土記」の編纂を命じた。これは、郷土の産物や山や川などの自然、あるいはその由来、古老の言い伝えなどを収めた地誌である。『出雲国風土記』がほぼ完全に伝存するほか、常陸国、播磨国、豊後国、肥前国の風土記のそれぞれ一部が伝えられている。これは、古代の地方の様相を示す貴重な文献資料になっている。
文芸の面では、751年（天平勝宝3年）に現存最古の漢詩集『懐風藻』が編集され、大友皇子、大津皇子、文武天皇、長屋王などの作品を含む7世紀後半以降の漢詩をおさめている。奈良時代中期を代表する漢詩文の文人としては淡海三船と石上宅嗣が著名であり、いずれかが『懐風藻』の編集にたずさわったであろうと推定されるが、確実な証拠はない。
和歌の世界でも、和銅年間から天平年間にかけて山上憶良、山部赤人、大伴家持、大伴坂上郎女らの歌人があいついであらわれた。『万葉集』は759年（天平宝字3年）までの歌約4500首を収録した歌集で、雄略天皇の歌が巻頭をかざっている。