Toutefois, l'Âge d'Or de Tbilissi ne dura pas plus d'un siècle. En 1236, après avoir souffert de défaites écrasantes face aux Mongols, la Géorgie se retrouva soumise à Gengis Khan. La nation elle-même se préserva, garda une forme de semi-indépendance et ne perdit guère son gouvernement ; mais Tbilissi fut fortement influencée par les Mongols pendant au moins un siècle, aussi bien politiquement que culturellement. Dans les années 1320, les Mongols furent repoussés de Géorgie et Tbilissi redevint la capitale d'une Géorgie indépendante, une nouvelle fois. Mais affaiblie par les événements précédents, la ville en plus fut victime de calamités : ainsi, la Grande Peste vint frapper Tbilissi en 1366.