Tra il X e l'XI secolo le attività marittime acquistano un'importanza sempre maggiore e vengono a caratterizzare sempre più la posizione della città nei confronti degli altri centri dell'entroterra. Il nucleo degli abitanti della città-porto acquista una fisionomia propria che lo differenzia dai circonvicini, più rigidamente sottoposti ai grandi feudatari, come il marchese di Toscana.
A capo della città si viene così ponendo un'associazione privata sempre più potente, che costituirà il nucleo originario del nascente comune. Nell'XI secolo si ha tutto un succedersi di imprese audacissime dei pisani, compiute dapprima al fianco dei genovesi (come nella spedizione di Sardegna del 1016), dei normanni e di Bonifacio marchese di Toscana; più tardi ad opera delle sole forze di Pisa. Sono imprese che non soltanto attestano la vitalità e la potenza delle flotte pisane, ma denotano anche l'importanza dell'azione antisaracena svolta da Pisa insieme con le altre città marinare. Le due maggiori imprese anteriori alla prima crociata sono la conquista della Sardegna (1015-1016) e la spedizione contro Tunisi (1087). L'una e l'altra consentirono l'avvio di nuovi e più redditizi scambi commerciali, pur rinfocolando l'antagonismo coi genovesi che nel commercio aveva appunto la sua prima causa. Nel 1091-1092 il papa Urbano II, in segno di riconoscimento dei meriti conseguiti dai pisani nella lotta contro gli infedeli, concedeva alla Chiesa di Pisa la dignità arcivescovile e la supremazia sui vescovi di Sardegna e Corsica. In questi stessi anni venivano poste le fondamenta della cattedrale e di alcuni dei più importanti edifici sacri. L'arcivescovo Daiberto interveniva al concilio di Clermont (1094), che proclamava la prima crociata, alla quale i pisani avrebbero partecipato per mare con la flotta e via terra mediante contingenti di milizie.