Pendant des siècles, les peuples dits ibériques se sont établis dans de nombreuses vallées pyrénéennes et dans les plaines voisines, notamment dans les bassins des fleuves Gállego, Cinca, Segre et Èbre moyen. À l'âge du fer, de nouveaux envahisseurs commencèrent à apparaître, que nous connaissons aujourd'hui sous le dénominateur commun des Celtes (grec kéltoi, latin celtae). Ce mouvement d’arrivée des peuples celtes a duré plusieurs siècles. Il s’agissait bien sûr d’un peuple indo-européen.
L'un des premiers contacts basco-celtiques a lieu vers la Garonne. Pline et Plutarque témoignent que les Aquitains repoussèrent les Celtes, les forçant à envahir l'Espagne par la mer, débarquant sur les côtes occidentales cantabriques et portugaises. Mais la vérité est qu'au fil des siècles, des groupes celtes se sont installés dans les régions de Ger, de Lannemezan et de l'Ariège : les Belendi.
D'après les études détaillées menées par le professeur Bosch Gimpera, autorité en la matière, il ressort clairement que l'immigration celtique s'est déroulée en plusieurs phases. Une première phase, menée par les Celtes de l'Urne du sud de l'Allemagne, se déroula entre 900 et 800 av. J.-C. de J. C., s'étendant au nord des Pyrénées et atteignant l'actuelle terre catalane. À ce stade, ils auraient infiltré la région basque d'Aquitaine.
Dans la deuxième phase, réalisée en plusieurs étapes, des personnes sont arrivées d'Allemagne centrale, des Pays-Bas et de Belgique. Ils entrèrent par l'ouest de la France et pénétrèrent dans les Pyrénées basques. Dans la première étape, arrivèrent les Berones, qui s'établirent sur les rives de l'Èbre, comme le leur rappellerait la ville de Briones, dans la Rioja. D'autres groupes de cette époque (700-650 av. J.-C.) suivirent la route Miranda-Pancorbo pour pénétrer dans le plateau castillan.
Entre 650 et 600 av. J.-C. L'entrée des groupes de la deuxième étape a lieu au IVe siècle avant J.-C., avec une avancée germanique des Cimbres. Vers 600, arrivent les Belges, dont les Suessions et les Autrigones s'installeront en territoire basque. Du groupe germanique des Nerviens, selon Bosch Gimpera, une partie occupait divers endroits sur la route de Navarre à Pancorbo, s'infiltrant en terre basque parmi les Cantabres et dominant le plateau castillan et la vallée de Jalón. Ce sont les peuples connus plus tard sous le nom de Vaccaei et Arevaci.
Le peuple celte voyageait en caravanes composées de familles, de troupeaux, de biens et d'animaux divers. Les conflits avec les populations locales étaient parfois résolus par les armes, d'autres fois par des accords : libre passage, implantations temporaires ou permanentes, transfert de pâturages, de logements, etc. Bien entendu, la rive droite de la Garonne resta aux mains des Celtes.
Certains groupes introduits par Roncevaux arrivèrent à Vardulia, occupant la région de Villarcayo, où ils construisirent la forteresse appelée Segontia Paramica (Sigüenza del Páramo) pour se défendre des Coniscos, expulsés de ces terres et contraints de s'installer au bord de la mer. Certains éléments et groupes dispersés ont réussi à s'établir dans les terres cantabriques et vardulies de l'intérieur, se mêlant aux indigènes.
Les Berones s'installèrent définitivement à La Rioja, formant une population basque-celtique avec des noyaux basques dans les vallées les plus montagneuses. De Sos, Sause, vivaient les Suessions, qui avaient laissé de petits groupes le long de la route de Roncevaux à Miranda. À Etxauri (Navarre), il y aurait un autre groupe. Le petit groupe de Nervión s'est installé dans le bassin du fleuve Nervión (à ne pas confondre avec les Ibaizábal), dont il rappelle le nom.
Les Garunni et les Belendi se sont déplacés vers les vallées montagneuses à travers la région aquitaine de Toulouse. Des traces de culture celtique ont été retrouvées sur les terres limitrophes de l'actuel Pays Basque. Les céramiques se caractérisent par des décorations de rainures parallèles ou de cordons en relief, présentes à Sena (Huesca), Roquizal del Rullo (Saragosse) et Las Escondinas - toutes ces stations du Pays Basque oriental.
À Etxauri (Navarre), au cœur d'Euskal Herria, se trouve une nécropole celtique appartenant probablement à un groupe de Suessionistes établis là. Les nécropoles celtiques contiennent des tombes de crémation creusées dans le sol, où une urne contient les os du défunt. La culture celtique, dite Hallstatt, des Urnenfelder (champs d'urnes), apparaît à l'extrémité de l'isthme pyrénéen, en terre catalane.
Au 3e siècle avant J.-C. J.-C., certains groupes ibériques, poussés par les Celtes, émigrèrent vers le haut Aragon et, traversant les Pyrénées, pénétrèrent en terre aquitaine. De cette collision basco-celtique, Euskal Herria subit un sérieux revers. Les meilleures terres furent occupées par les envahisseurs. L'Aquitaine et la Vardulie ont été les plus touchées. Dans ce dernier, la tribu Autrigona s'est installée, se mêlant à la population indigène.
La Vasconie perdit des terres occupées par les Berones, tandis que les Ilergetes s'installèrent dans de vastes zones de Huesca. Les Suessions, établis dans les régions de Sos et de Sangüesa, érigèrent des fortifications défensives à Navardún et Berdún pour se protéger des habitants de la rivière Beral et des Navarrais (la racine « -dun » signifie « forteresse »).
La puissance celtique a atteint son apogée au VIe siècle avant J.-C. de J. C., mais dès le IIe siècle av. J.-C. de J. C. avait déjà été absorbé par Euskal Herria. Les rives de l'Èbre et ses environs ont adopté des éléments importants de la culture celtique. Le bilan indique que les Volques, les Rutènes, les Belendes et les Garunnis occupent la rive droite de la Garonne. Les Tolosates seraient le résultat du mélange entre Celtes et Basques. Sur la rive gauche subsisteraient des peuples d'origine basque mêlés à des éléments ibériques : Ubiskos, Tarusates, Auskis, Elusates, Onessis et Taruskos.
Dès les temps les plus reculés, les rives de la Garonne marqueront la séparation entre Celtes (Gaulois) et Aquitains (Basques). Dans l'ouest d'Euskal Herria, dans les plus hautes montagnes au bord de la mer, les Cantabres consolidèrent leur position. La côte jusqu'à l'embouchure de l'Ibaizábal (Bilbao) fut laissée aux mains d'un peuple mixte basco-celtique : les Autrigones. Le reste de la côte jusqu'à Bayonne était dominé par les tribus basques : Caristia, Vardula et Vascona. Cependant, aux alentours de l'Adour se trouvaient les Cocosates et les Tarbellis, des Celtes qui se répandirent dans les Landes et le Béarn, notamment dans le cours inférieur des fleuves.
Dans les bassins supérieurs, les seuls habitants restèrent les peuples basques : Sibusates (Suletinos ou Zuberotarras), Oskidates (Ossau), Biguerriones (Bigorre) et Vascones (Saint-Jean-Pied-de-Port). Les Berones se sont installés dans les cours inférieurs des rivières Tirón, Glera et Najerilla. Certains groupes comme les Suessions, les Nervions et les Autrigones furent presque entièrement absorbés.
Les hautes vallées aragonaises sont restées bascophones, même dans la langue, bien qu'avec des éléments ibériques assimilés, en particulier dans les zones historiques de Sobrarbe, Ribagorza, Val d'Aran (« sablonneux »), Pallars, Andorre (« andosinos ») et Alto Urgel. Sur le versant sud des Pyrénées, Bosch Gimpera estime que l'élément pyrénéen est resté intact chez les Gergistani, tandis que dans le cas des Aussocerètes (Ripollés et Garrocha) et des Ausetanos (Vich et Gerona), il pourrait y avoir eu une certaine infiltration celtique. Cependant, les villes situées le long de la côte et du bassin moyen du Sègre ne portent plus aucune trace du peuplement antérieur.
Dans le vocabulaire basque actuel, il existe quelques réminiscences qui pourraient être liées aux Celtes, comme les noms des dolmens : triku-arri, trego-arri (qui pourraient rappeler les autrikones ou autrigones) ; et Armorkora et Murko, également des dolmens, qui pourraient faire référence aux « Armoricains » ou aux Bretons celtes. Il est bien connu que des épithètes désobligeantes sont appliquées aux envahisseurs et aux étrangers, ce qui expliquerait pourquoi murko (« personne grossière ») est équivalent à triku (« personne insociable » ou « hérisson »). Murko signifie également « récipient, pichet, cruche ».
Le résultat final des invasions celtiques fut la formation de deux peuples puissants et dangereux au nord et au sud d'Euskal Herria : les Gaulois et les Celtibères.