Η Υστεροελλαδική περίοδος είναι σημαντική για τη Χαλκίδα. Σύμφωνα με την παράδοση, ο Κάδμος πηγαίνοντας από τη Φοινίκη στη Βοιωτία, ίδρυσε τη Χαλκίδα, γεγονός που τοποθετείται μεταξύ του 16ου και 15ου αι. π.Χ. Βέβαιο είναι ότι τότε εγκαταστάθηκαν σημαντικά γένη στις παραθαλάσσιες περιοχές της Κακής Κεφαλής και του Αγίου Στεφάνου, αν και δεν έχουν εντοπισθεί μεγάλα οικιστικά κέντρα. Την ύπαρξη ισχυρών γενών υποδηλώνει ο θολωτός τάφος στο Πέι (Δοκός), και οι θαλαμοειδείς τάφοι στις Καμάρες, την Αγία Ελεούσα, την Παναγίτσα και τη Βρωμούσα. Σε αυτούς τους τάφους βρέθηκαν χάλκινα όπλα, ελεφάντινα αντικείμενα, σφραγίδες και αγγεία εξαιρετικής ποιότητας, τα οποία μας δίνουν μια εικόνα, έστω αποσπασματική, του πλούτου της μυκηναϊκής Χαλκίδας.

Την ακμή της πόλης βεβαιώνει η συμμετοχή της με 40 πλοία, μαζί με τις άλλες ευβοϊκές πόλεις στον Τρωικό πόλεμο, σύμφωνα με τον "Νηών Κατάλογο". Το τέλος της μυκηναϊκής περιόδου έρχεται λίγο πριν την εισβολή νέων φύλλων στον ελλαδικό χώρο.

Η Πρωτογεωμετρική και η Γεωμετρική περίοδος συνδέεται με την εισβολή των Δωριέων στον ελλαδικό χώρο. Λίγο μετά τη Δωρική εισβολή νέοι κάτοικοι από τη Βοιωτία ίσως και τη Θεσσαλία, εγκαθίστανται στη Χαλκίδα. Οι κάτοικοι της Πρωτογεωμετρικής περιόδου είναι κυρίως γεωργοί και ζουν διεσπαρμένοι στη μεσογειακή περιοχή της Χαλκίδας των κλασικών χρόνων, συνήθως γύρω από τους λόφους. Οι πληροφορίες για την περίοδο αυτή προέρχονται κυρίως από τάφους και πηγάδια, εφόσον δεν έχουν εντοπισθεί οικιστικά λείψανα. Η τοπική κεραμική είναι εξαιρετικής ποιότητας. Κανένας από τους τάφους, όμως, δεν έδωσε πολύτιμα αντικείμενα. Το γειτονικό Λευκαντί, αντίθετα, αναπτύσσει σχέσεις με τη Συρία, τη Φοινίκη, την Αίγυπτο και την Κύπρο, όπως φαίνεται από τον πλούτο των νεκροταφείων του. Η Χαλκίδα παίρνει μέρος στον Α' Αποικισμό του 11ου αι. π.Χ. Ο Ηρόδοτος μάλιστα αναφέρει ότι στη Χίο μετανάστευσαν Άβαντες από την Εύβοια.

Περί το 800 π.Χ. οι διεσπαρμένοι οικισμοί ενώνονται και ιδρύεται η πόλη της Χαλκίδας, κάτι ανάλογο με τον αθηναϊκό "συνοικισμό" του Θησέα. Η μεταγενέστερη δόμηση διέλυσε τα σπίτια και τα ιερά της περιόδου, πλήθος όμως αποθέτες και πηγάδια έδωσαν αγγεία που δείχνουν την ύπαρξη λαμπρών τοπικών κεραμικών εργαστηρίων, ενώ η μεταλλοτεχνία και η επεξεργασία του σιδήρου αποτελούν πηγή πλούτου και ευκαιρία για ταξίδια προς αναζζήτηση κασσιτέρου.