Obóz stał się ważną częścią limesu (Limes Romanus), chroniącego cesarstwo przed ludami barbarzyńskimi. Jego osłonę od wschodu stanowił obóz Gerulata, położony współcześnie na przedmieściach Bratysławy. Na początku II wieku Carnuntum stało się stolicą nowo utworzonej prowincji Górna Panonia. Cesarz Hadrian podniósł rangę znajdującej się przy obozie osady cywilnej do municypium (Municipium Aelium Carnuntum). Podczas wojen z Markomanami w latach 70. II wieku w Carnuntum przebywał cesarz Marek Aureliusz i mieściła się tam jego główna operacyjna siedziba. W 194 Septymiusz Sewer nadał Carnuntum tytuł colonia (Colonia Septimia Aurelia Antoniniana Carnuntum), łącząc obóz oraz obie osady (cywilną i wojskową) w jeden organizm. W 260 miejscowe legiony obwołały cesarzem Regaliana, który jednak faktycznie panował tylko w Panonii.
Od czasów Domicjana do panowania Galiena na południowy wschód od obozu legionowego znajdował się też mniejszy obóz jazdy, o konstrukcji ziemno-drewnianej. Stacjonowała tam m.in. jednostka kawalerii ala I Tungrorum Frontoniana i I Pannoniorum Tampiana, a po przekształceniu w obóz kamienny – ala I Thracum victrix.
Świadectwem ciągłego znaczenia Carnuntum jest fakt, że w 308 odbyło się w nim spotkanie trzech cesarzy – Dioklecjana, Maksymiana i Galeriusza, podczas którego omawiano przyszły model rządów w imperium.