公元前4世纪的高卢入侵，对于罗马军团的战术发展有着极大的影响。三线阵和剑盾战法的应用，很大程度上是之前的战场需求积累的结果，高卢入侵中罗马军队的失败，彻底点燃了战术改革的导火线。而长盾等装备的换装，则是与萨莫奈人军事交流的结果。
在三线阵中，相对轻装的青年兵将首先投掷重投枪，然后以猛烈的冲击杀伤对手的战线。随后的第二线成年兵会作为最主要的战斗力量，进行决定性的步兵战斗。当第二线仍旧无法分出胜负时，就轮到一直半跪着节省体力的后备兵作战了。这些精锐老兵既可以作为掩护撤退或是最后一搏的最后手段，也可在之前的战斗过程中，用以应付战线两翼的突然情况，或者进行其它的作战任务。这样的部署，无疑代表着罗马军团在预备队战术的发展上有着一个较高的起点。将后备兵作为最后决胜或应急手段已经成为了拉丁语中的名谚。
三线阵中预留空隙的初衷和主要作用是方便一线单位战斗时能够被后续单位轮换，这种轮换体系是罗马战术体系中最明显的特征之一，使得当战斗中一旦有单位被击败，就立即有新鲜单位能够上前应付威胁。但是，大部分情况下采用此类间隔的棋盘阵，会使得各步兵中队被渗透和攻击侧翼的可能性大大增加。李维曾说起过，后备兵接战时会去除间隙成一条连续的战线作战，而无疑前两线的成年兵和青年兵也会如此。一个步兵中队由两个百人队组成，分别为前列百人队（prior）和后列百人队（posterior），在前进和机动时后列百人队处在前列百人队背后，保留步兵中队间的缝隙，但当他们投入战斗时，后列百人队便会上前填补战线缺口，呈现一条连续的战线。当一条战线需要撤退时，后列百人队会首先退后留出空隙，预先占据后排的位置，然后供前列百人队后退。典型的每条战线的阵形纵深一般是6或8列。
当军团的前两列重步兵在公元前3世纪末期完全换用短剑和重投枪时，它的基本战术对比李维时期的军团则没有根本性的改变。青年兵和成年兵的装备和地位愈来愈接近，而后备兵仍执拗地维持了重装步兵式的武装，考虑到他们预备队的身份，这一安排或许更有利于实战，让他们能够作为预备队以长矛对抗可能的侧翼骑兵攻击。
▲李维时期军团的指挥结构：李维时期的罗马军队缺少中层指挥，第三线的具体组织情况仍相对模糊
在步兵中队内部，如波利比乌斯说，罗马步兵采用了比其它所有重步兵都更为松散的队形。不仅每名士兵都占据了3英尺（约90厘米）的正面，在每一横列和纵列之间都还有3英尺的间隙。简而言之，一名军团士兵平均占据6英尺的正面，与希腊化体系中结阵步兵的松散队形差不多。波利比乌斯说这样的空间足以让士兵用盾牌保护自己，并且自由地挥剑战斗。这样的队形需要罗马军团士兵都是合格的剑士和单兵战斗的能手。事实也确实如此，例如李维提及过，军团士兵曾在灌木丛中被迫打散队形和凯尔特伊比利亚人开始单兵战斗，结果获胜；在打散队形与马其顿方阵士兵的战斗时，依托更重的装备带来的优势，军团也取得了胜利。
但在更多情况下，军团士兵还是以密集队形进行结阵战斗，或许在冲锋前先投掷重投枪。成密集阵型的罗马步兵可以真正意义上地把敌军“逐退”，大而重的罗马盾牌方便用以推挤。面对诸如凯尔特长剑之类挥砍的武器，军团士兵会躲在自己的盾牌下，然后由下自上用自己的短剑戳刺。曾有罗马人认为长矛会是对抗凯尔特人的长剑好用的武器，能够对凯尔特人获得攻击范围上的优势，并拦阻长剑的攻击。因此公元前223年的一场战斗中，后备兵的长矛就被交给前列部队使用，但似乎结果并不理想，因为后来再也没有进行类似的实验。
波利比乌斯时期的罗马军团，面临的一个新挑战是马其顿式方阵。这种极度强调正面交战能力的作战样式，对追求贴身战斗的军团剑盾步兵而言是个从未有过的挑战，也让军团重步兵第一次接触到难以正面击溃的对手。事实上，在有限的实战战例中，马其顿方阵在队形完整、侧后安全的条件下，总能击溃即使是数量占优的罗马军团。波利比乌斯甚至认为马其顿方阵是平原地形上最强大的重步兵类型。
但是正如同萨莫奈人能灵活地击败重装步兵时代的罗马军团一样，罗马人也往往能利用更好的机动性，和步兵中队体系的灵活性，在对抗方阵的战斗里获取非对称的优势。利用破碎地形渗透到方阵内部，或者迅速机动完成侧后包围，是军团对抗马其顿方阵的最主要手段。一旦进入贴身战斗，缺乏防护的方阵士兵不再是军团剑盾手的对手。
“龟甲阵”（Testudo）大致是在公元前200年出现的，这一队形的最原始用途是围攻作战或者巷战，用以在特殊地形内防止来自上方的投射武器打击。这一时期内罗马军团同样学会了如何对付战象。从皮洛士战争和第一次布匿战争开始，重步兵在战线内预留通道，轻步兵则分散射击，成为应付战象的普遍规律。值得一提的是，罗马人最常遇见的战象是非洲丛林象，这些象体型偏小，而迦太基指挥官们在对战象的运用上普遍存在一些问题，战象往往缺乏轻步兵的有效配合，这使得罗马人大多能轻松地解决象群的威胁。
罗马的轻装步兵本来是单纯的游击部队，屏护重步兵的展开，以游击战斗开始一场会战，然后从重步兵列间撤退，在后备兵之前重组，最后作为预备队或是转到侧翼投入战斗。然而到公元前2世纪时，他们改良的训练和装备已经足以胜任和敌军的轻装游击部队进行近战并驱赶他们。在彼得纳会战前，他们在附近的山地就被赋予这样的任务。
罗马轻装步兵的标枪在骚扰凯尔特人尤其有效，他们的装备也足以胜任与凯尔特武士的单兵肉搏。尽管凯尔特步兵一次集中的冲击可以扫除罗马轻装步兵，但后者并不那么容易被结阵的步兵给抓到。罗马轻步兵也执行支援骑兵作战的任务，公元前211在卡普阿城外，为了抵消反叛的坎帕尼亚人在骑兵方面的优势，轻装步兵们骑乘到了骑兵的后座，在遇敌时下马投掷标枪，随后被打得措手不及的坎帕尼亚骑兵被罗马骑兵击溃了。
▲波利比乌斯时期军团的指挥结构：波利比乌斯时期的三线阵更为简洁，军事护民官开始承担越来越重指挥职责。步兵中队的战术发展在这一时期达到巅峰，但中层指挥仍旧欠缺，使得步兵大队出现
罗马骑兵的运用和轻装步兵很类似，在重步兵战线展开时承担骚扰和掩护的作用，随后回到侧翼或者战线后预备队的位置上。有时罗马公民骑兵会单独组成一翼，意大利同盟骑兵组成另一翼，或者所有意大利的骑兵一翼，外籍骑兵比如努米底亚人形成一翼。骑兵会试图击败敌对的骑兵，然后攻击敌军步兵的侧后。罗马骑兵是冲击骑兵，喜欢用长矛或剑直冲到底，古典时代的骑兵没有马镫和健全的鞍具，因此有时会需要下马肉搏。但罗马骑兵在这方面确实比其它骑兵更趋向于下马战斗，偏向静态化的作战习惯也与之相符。波利比乌斯的记录中，坎尼会战中双方的骑兵在罗马军队右翼就进行了下马战斗。
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