A l'époque gauloise notre canton est une zone de frontières entre 3 peuples : au sud les Séquanes, au nord, les Leuques, à l'ouest les Lingons ; puis à l'occupation romaine après la conquête de la Gaule par César (en 52 avant JC), entre 3 provinces : la Grande Séquanaise, la Première Belgique et la Première Lyonnaise. Le peuplement se développe et atteint son apogée après la construction de la voie romaine Langres-Strasbourg qui passait par Lamarche et de ses bretelles : Voie de Sérocourt et la Voie Julienne qui passait par Bourbonne-les-Bains et Senaide et se dirigeait vers Les Thons.
De nombreuses villas sont construites, ce sont des domaines agricoles qui ont laissé des traces très nombreuses dans le canton comme le prouve la toponymie de nos villages : les suffixes sont généralement ajoutés à un patronyme de consonance romaine ou germanique qui désigne sans doute le propriétaire primitif : le suffixe "court" comme Blevaincourt ainsi que le suffixe "velle" comme Ainvelle où des fouilles ont mis en évidence un ancien relais impérial.
Pendant le Haut Moyen Age, l'organisation passe par les diocèses. Ainsi sont créés les diocèses de Besançon et de Toul. Cette frontière suit les cours d'eau. Certaines communes resteront rattachées au diocèse de Besançon surtout au sud du canton : Châtillon, Lironcourt et Les Thons.
Après les grandes invasions du Ve siècle et la chute de l'empire romain, la région vosgienne est comprise dans le Royaume de Clovis, appelée Neustrie puis Lotharingie à l'origine de la Lorraine. En 870 apparaissent les 3 provinces de l'Ancien Régime : la Champagne, la Lorraine et la Franche-Comté.
