Noong 612 BCE, magkatulong na iginupo ng mga Indo-European, Medes, at Semitic Chaldean ang mga Assyrian sa pamumuno ni Nabopolassar, isang rebeldeng gobernador ng Babylonia. Sa pagbagsak ng Nineveh, muling bumangon ang kabihasnang Babylonian. Nang mamatay si Nabopolassar noong 605 BCE, siya ay pinalitan ni Nebuchadnezzar, ang pinakatanyag na pinuno ng mga Chaldean.

Sa pamumuno ni Nebuchadnezzar, nilusob ng mga Chaldean ang Jerusalem. Sa loob ng mahabang panahon ng pakikihamok (586—570 BCE.) nabihag ng mga Chaldean ang libo-libong Jew at dinala ang mga ito sa Babylonia bilang mga alipin. Ang pangyayaring ito ay tinaguriang "Babylonian Captivity."

Sa kanyang pamumuno, nagpatayo si Nebuchadnezzar ng mga estrukturang kapakipakinabang. Ang mga kanal at dike ay kaagad niyang ipinaayos upang maiwasan ang pagbaha, gayundin ang mga lansangan at tulay upang maging madali ang paglalakbay ng mga mangangalakal. Pinagawan din niya ng tanggulan ang kabuuang Babylon na natatarangkahan ng tanyag na Ishtar gate. 

Muli rin niyang pinagningning ang Babylon, ang kapital ng Babylonia, sa pamamagitan ng pagpapagawa ng mga templo at palasyo. Ang kanyang ipinagawang Hanging Garden of Babylon ay itinatanghal sa kasalukuyan bilang isa sa “Seven Wonders of the Ancient World.”