Au IIe-Ier s. av. J.-C., Vesontio se présente comme un oppidum de type méandre barré sur le Doubs (boucle de Saint-Jean), doté en plus, d'une citadelle (mentionnée par César) située au niveau du Mont-Saint-Etienne, emplacement de la citadelle de Vauban. Les fouilles archéologiques préventives menées en plusieurs points de la ville antique, ont révélé l'existence d'un rempart de berge de type murus gallicus ceinturant le méandre et de quartiers artisanaux. En supposant un composé en *vesu-onto-, vesontio serait le "bonchemin". X. Delamarre (2012), propose plutôt : le domaine du dieu Vesontius, avec un composé en *wes-on-ti "printanier".
En 58 avant J.-C. après avoir vaincu les Helvètes, Jules César apprend qu'Arioviste se dirigeait vers Vesontio (Besançon). Il s'y rend, et nous en fait la description (Jules César, La guerre des gaules, I, 38). Après avoir vaincu les Germains, il y fera hiverner ses légions sous le commandement de Labienus.
Jules César, La guerre des gaules, I, 38: "Après trois jours de marche, on lui apprit qu'Arioviste, avec toutes ses forces, se dirigeait vers Besançon, la ville la plus importante des Séquanes, pour s'en emparer, et qu'il était déjà à trois jours des frontières de son royaume. César pensa qu'il fallait tout faire pour éviter que la place ne fût prise. En effet, elle possédait en très grande abondance tout ce qui est nécessaire pour faire la guerre ; de plus, sa position naturelle la rendait si forte qu'elle offrait de grandes facilités pour faire durer les hostilités : le Doubs entoure presque la ville entière d'un cercle qu'on dirait tracé au compas ; l'espace que la rivière laisse libre ne mesure pas plus de seize cents pieds, et une montagne élevée le ferme si complètement que la rivière en baigne la base des deux côtés. Un mur qui fait le tour de cette montagne la transforme en citadelle et la joint à la ville. César se dirige vers cette place à marches forcées de jour et de nuit ; il s'en empare et y met garnison."
"À l'empereur (Marcus Ulpius) Nerva Traianus, César, Auguste, Germanique, fils du divin (Marcus Cocceius) Nerva, grand pontife, revêtu du pouvoir tribunicien, père de la patrie, 2 fois consul. Vesontio, 49 mille pas."
"À l'empereur (Marcus Ulpius) Nerva Traianus, César, Auguste, Germanique, fils du divin (Marcus Cocceius) Nerva, grand pontife, revêtu du pouvoir tribunicien, père de la patrie, 2 fois consul. Vesontio, [...] mille pas."
"À l'empereur (Marcus Ulpius) Nerva Traianus, César, Auguste, Germanique, fils du divin (Marcus Cocceius) Nerva, grand pontife, revêtu du pouvoir tribunicien, père de la patrie, 2 fois consul. Vesontio, 42 mille pas."