Năm 1431, quân Ayutthaya dưới triều vua Borommarachathirat II tấn công và cướp phá kinh đô Angkor của người Khmer. Vua Khmer lúc đó là Barom Reachea II (Ponhea Yat, trị vì 1405–1460) đã phải dời đô về phía Đông Nam, ban đầu ở Srei Santhor, rồi sau đó là Chaktomuk (phía Nam Phnom Penh ngày nay). Đế quốc Khmer kết thúc.

Trong khi đó, năm 1471, ở phía Đông, quốc gia láng giềng và kình địch của Campuchia là Chăm Pa bị quân Đại Việt triệt hạ kinh đô Đồ Bàn. Nước Chăm Pa tới hồi kết, nhiều làn sóng người Chăm di cư sang Campuchia và các quốc gia khác. Cộng đồng người Chăm và người Islam gốc Mã Lai, Java gia tăng thế lực ở Campuchia.

Sau khi Ponhea Yat mất, con cả là Noreay Ramathuppdey lên nối ngôi (1462-1468). Khi Noreay Ramathuppdey mất, người em trai Reachea Ramathuppdey (con thứ hai của Ponhea Yat) lên nối ngôi, khiến con trai của Noreay là Soriyotei II bất mãn, cầu viện quân Ayutthaya (dưới triều vua Borommatrailokkanat) đánh chú mình. Reachea Ramathuppdey giao biểu chương hoàng gia (Preah Khan Reach) cho người em Thommo Reachea I (con trai thứ ba của vua Ponhea Yat) ở Phnom Pênh giữ rồi lên phía Tây Bắc giao tranh với quân Ayutthaya. Thommo Reachea sau đó lại hợp tác với người Xiêm và cuối cùng lên ngôi, xưng là Thommo Reachea I (1474-1494). Ông ta tỏ ra là một chư hầu trung thành với vương quốc Ayutthaya khi từ bỏ chủ quyền của mình ở tỉnh Khorat và Chantaboun. Sau khi mất, con trai ông là Srei Sokonthor lên nối ngôi.

Đến năm 1510, vua Srei Sukonthor đã giải phóng được gần hết các khu vực trung tâm của đế quốc Khmer xưa. Tuy nhiên, sau khi Srei Sukonthor qua đời năm 1512, Campuchia đã rơi vào một cuộc nội chiến tranh giành ngôi vua giữa phó vương Ponhea Chan (em Sukonthor) và Sdech Korn (Sdach Kan, một người ngoài hoàng tộc).

Năm 1512, Sdech Korn (xưng hiệu là Srei Chettha II) đánh chiếm Charktomok và khiến Ponhea Chan phải chạy trốn sang Ayutthaya. Năm 1516, Ponhea Chan nhờ quân Ayutthaya (dưới triều vua Ramathibodi II) giúp đỡ đã trở lại chiếm được Pursat, xưng hiệu là Ang Chan I và rồi sau đó xây kinh đô mới ở Longvek. Đến năm 1525, Ang Chan I đánh bại Sdach Kan, chính thức làm vua toàn Campuchia.

Từ năm 1547, quân Miến Điện bắt đầu các cuộc tấn công lớn vào Ayutthaya, khiến cho Campuchia có cơ hội đánh phá và giành lại những đất đai cũ. Năm 1553, Ponhea Chan lại xưng vương một lần nữa ở Longvek. Những năm tiếp sau, Campuchia thậm chí đã giành lại và phục hồi được cố đô Angkor và các vùng phụ cận vào thời trị vì của con và cháu Ang Chan I là Barom Reachea I và Satha I.

Những nhà thám hiểm phương Tây tới Campuchia thời kỳ này đã ghi chép lại rằng những người Khmer là những chiến sĩ, đặc biệt là vua của họ rất hiếu chiến, sẵn sàng chiến đấu với ngoại bang. Campuchia khi đó vẫn thực sự là một cường quốc quân sự và không chịu làm chư hầu cho nước nào. Suốt 50 năm kể từ khi Campuchia tự giải phóng khỏi Ayutthaya, giữa hai nước vẫn tiến hành các cuộc tấn công qua lại.

Năm 1570, Satha I tấn công Ayutthaya nhưng thất bại. Năm 1574, lợi dụng lúc vua Ayutthaya là Maha Thammaracha bận đánh vương quốc Vientiane, Campuchia lại tập kích Ayutthaya nhưng không kết quả. Năm 1578, Campuchia tấn công khu vực Khorat, Saraburi nhưng bị Naresuan chặn tại Chaibadan.

Từ năm 1591, người Xiêm đã lấy lại được sức mạnh của mình sau khi đánh đuổi quân xâm lược Miến Điện. Vương quốc Ayutthaya bắt đầu trả thù Campuchia bằng những cuộc tấn công lớn. Đích thân vua Naresuan của vương quốc Ayutthaya dẫn quân Xiêm sang đánh Campuchia. Năm 1594, thủ đô Lovek của Campuchia bị Xiêm tàn phá.

Những nhà thám hiểu, nhà truyền giáo, thương gia phương Tây còn miêu tả về kinh đô Lovek của Campuchia như một thành phố đông dân, thịnh vượng. Campuchia sản xuất nhiều gạo, thịt, rượu, cá khô. Các sản vật có giá hấp dẫn các thương gia ngoại quốc là đá quý, kim loại quý, lụa, bông, ngà voi, sừng tê giác, hương liệu, đồ sơn, và cả súc vật (voi). Thương gia Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Trung Quốc, Mã Lai, Nhật Bản, A Rập đã lập thương điếm ở Lovek. Sự thịnh vượng của Campuchia khi đó đã hấp dẫn những kẻ thực dân phương Tây. Người Tây Ban Nha khi đó đã chiếm được Philippines vẫn kể về Campuchia như là một quốc gia quan trọng hàng đầu ở Viễn Đông xét về mặt thương mại. Do đó, khi vào năm 1593, vua Campuchia là Chey Chettha I (1586–1593) đề nghị toàn quyền Philippines giúp mình đối phó với Ayutthaya. Vị toàn quyền người Tây Ban Nha đã phái 120 binh sĩ sang Campuchia giúp; nhưng khi đến nơi thì Longvek đã rơi vào tay người Thái.