В края на Великото преселение на народите на територията на Добруджа се установяват български племена. Следи от тяхното присъствие се откриват в селищата и некрополите при селата Топола, Дуранкулак, Хитово, Бдинци, Красен, Черна и др. Сред тях с богатството и разнообразието на съдовете от гробния инвентар се откроява некрополът при село Топола. Той се свързва и с най-големия, открит досега, керамичен производствен център от времето на Първото българско царство. Интерес предизвиква и проученият при село Одърци некропол, който се свързва с присъствието на къснономадските племена печенеги, узи и яси в Добруджа. Сред неговите богати погребални дарове преобладават накитите от сребро, бронз, стъкло и кост, което го прави уникален за територията на България.
Във фондовете на музея се съхраняват над 2000 предмета от периода на Ранното средновековие.
През периода ХІІ–ХІV в. вътрешността на Южна Добруджа е по-слабо населена. Най-интензивен е животът в крепостите и селищата по Дунавския бряг, Черноморското крайбрежие и долината на река Батова. В началото на ХІV в. тези земи се превръщат в център на Добруджанското деспотство. Първоначално резиденцията на неговите владетели е Карвуна, а по-късно – крепостта Калиакра. В Исторически музей – Добрич се съхраняват част от археологическите находки, открити при разкопките на Калиакра. Сред тях са: сребърните, позлатените и златните обици и наушници от некропола и глинените съдове от крепостта, украсени в техника “сграфито”.
В музейните фондове присъства и една от най-големите в България колекции от късносредновековно оръжие – мечове и боздугани от ХІІ–ХV в.
