Més tard aparegué la figura del podestà (1191), que amb els cònsols regí el comú fins a mitjan segle XIII.
L’expansió pisana començà amb la lluita contra els corsaris sarraïns que infestaven les seves mars i les illes d’Elba, Còrsega i Sardenya. Juntament amb Gènova aconseguí d’expulsar de Sardenya el reietó de Dénia Muǧahid (1015-16). Sola portà a terme profitoses expedicions contra Bona (1034) i Palerm (1063) i, aliada amb Gènova, contra Mahdia, a la costa tunisenca (1087), i contra València (1092), en ajut d’Alfons VI de Castella. La participació de la seva flota en la primera croada (1096-99) li proporcionà una posició privilegiada en el comerç oriental, fins llavors un quasimonopoli venecianobizantí. Poc després, aliada amb Ramon Berenguer III de Barcelona, conqueria Mallorca i Eivissa (1114), que no pogueren ésser conservades, i col·laborava més tard en la presa d’Almeria (1147). Mentrestant, la pugna pel predomini a Còrsega, a Sardenya i a les costes occitana i catalana havia enterbolit les relacions entre Pisa i Gènova i provocat tres guerres (1119-33; 1162-75; 1187-88), que es resolgueren amb la divisió de Còrsega (1135) i la repartició d’influències a Sardenya, on Gènova aconseguí establir-se al nord, a Torres. Pisa s’enfrontà encara per mar a una altra rival: Amalfi, que derrotà (1135-37). Per terra tingué també nombrosos conflictes amb la seva veïna Lucca, que monopolitzava la Via Francigena i impedia l’accés dels vianants a Pisa. La qüestió es resolgué el 1181.
Malgrat les guerres, el segle XII fou el de màxima esplendor de Pisa: nombroses colònies mercantils a l’Orient (Alexandria, diverses ciutats de Palestina i de Síria, i Constantinoble) i a l’Occident (Trípoli, Bugia, Bona, Barcelona, Montpeller, Arle i diverses ciutats italianes) asseguraven el seu comerç, basat en la importació i distribució de productes orientals, de pells, llana, argent, blat i sal de Sardenya i l’exportació de fusta dels Apenins, ferro de l’illa d’Elba i draps de llana de fabricació pròpia.
Al segle XIII la vida comunal es democratitzà amb el govern, des del 1254, d’un capità del poble, assistit per dotze priors, però els desastres bèl·lics obligaren a acudir a la senyoria de diverses personalitats. En efecte, enfront de la Florència güelfa, Pisa fou la campiona dels gibel·lins toscans i combaté victoriosament al costat de l’emperador Frederic II contra Florència (1221) i contra Gènova (1241). Però la mort de l’emperador (1250) comprometé aquests resultats. Encara els gibel·lins obtingueren les victòries de Sant Joan d’Acre (de Pisa contra Gènova, 1258) i de Montaperti (1260), però la derrota i la mort del rei Manfred a Benevent (1266) enfonsaren el partit gibel·lí.
En una nova guerra amb Gènova (1282-88) Pisa sofrí una terrible derrota a la Meloria (1284) i hagué de cedir territoris del seu districte a Lucca i a Florència, coalitzades amb Gènova, perquè es retiressin de la guerra (1284). Per salvar la situació donà la senyoria de la ciutat a un güelf, el comte Ugolino della Gherardesca, però, derrocat aviat pels gibellins (1288), Pisa hagué d’afrontar novament la coalició de Gènova-Lucca-Florència i per la pau del 1299 hagué de renunciar a Còrsega i a la regió sarda de Logudor en benefici de Gènova. Dos anys abans, Bonifaci VIII havia infeudat Sardenya a Jaume II de Catalunya-Aragó. Pisa intentà de conjurar el perill oferint a aquest la senyoria de la ciutat (1309), però el projecte no prosperà per l’oposició de la cúria avinyonesa. Pisa semblà refer-se amb el viatge de l’emperador Enric VII a Itàlia (1310-13) i amb el govern del podestà i capità del poble Uguccione della Faggiola (1314-15), que s’apoderà de Lucca (1314) i derrotà els güelfs toscans a Montecatini (1315), però els armadors i mercaders pisans, que temien que la seva política antiflorentina no perjudiqués llurs afers, el deposaren aviat. Pisa no pogué deturar la conquesta catalanoaragonesa de Sardenya (1323-24). Amb la pèrdua de l’illa i també a poc a poc de les seves posicions a l’Orient, Pisa deixà d’ésser una gran potència mediterrània.
Durant la resta del segle XIV conegué diverses senyories i un període de govern del poble menut (1356-64). El 1399 Gherardo d’Appiano, senyor de la ciutat, la vengué al duc de Milà Gian Galeazzo Visconti. El fill natural d’aquest, Gabriel Maria Visconti (1402-05), la vengué al seu torn a Florència, que l’ocupà després de vuit mesos de desesperada resistència dels pisans (1406). Des de llavors Pisa romangué sota el domini florentí, llevat del breu període d’independència de 1494-1509.