Sobre esta dualidad empezaron a definirse, a comienzo de la Segunda Edad del Hierro (ca. 350 a.C.) caracteres culturales diferenciadores que en las tierras del norte, como se vislumbra en la necrópolis de Ubierna, deriva a una sociedad de carácter guerrero que define el yacimiento de Miraveche con una metalurgia del bronce y del hierro desarrollada en un contexto que se denomina pre-celtibérico.
En las tierras del sur de la provincia ocurre algo parecido en un contexto que llaman proto-vacceo. Sobre este panorama, desde la parte oriental de la meseta empieza a difundirse el impulso cultural llamado celtibérico que irá incorporando territorios de casi toda la meseta. Entre la primera Edad del Hierro y la aparición del mundo celtibérico se produce una fase de regionalización cultural en la meseta que será interrumpido por la expansión cultural y tecnológica del mundo celtibérico. Se impone en esos momentos intermedios, debido a la mejora del clima, la expansión productiva y comercial, el crecimiento demográfico, la existencia de un artesanado especializado, etc., una jerarquización social más compleja controlada por una aristocracia guerrera que controla los recursos. Son los momentos llamados preceltibéricos con matices en los distintos pueblos ya sean los vacceos, vettones y los celtibéricos de los que arranca el proceso.
Ese proceso de regionalización tecnocultural de la meseta se verá alterado por la expansión del proceso celtibérico interviniendo sobre los distintos contextos de dicha meseta. La celtiberización es un proceso de unidad cultural en toda esa área que se verá interrumpido por otro de dimensiones mayores que es la romanización.
Según esto, en la provincia de Burgos podríamos identificar las siguientes tribus: las tierras del norte, las Merindades, y las Loras pertenecían a la Cantabria histórica; en la Bureba vivían los autrigones que según las fuentes clásicas llegaban a la costa con la ciudad de Portus Amanus/Flaviobriga teniendo al este como vecinos a los berones y caristios; los valles de los ríos Arlanzón y Arlanza pertenecían a los turmogos; las tierras del alto Arlanza y sus montañas eran asiento de los pelendones que ocupaban toda la montaña soriana; y en valle del Duero estaban los vacceos.
Respecto a la lengua que hablaban estas gentes, sabemos que la lengua y la religión son los elementos más genuinamente celtas de todo el ámbito europeo. En la península conocemos dos de ellas, el lusitano y el celtibérico. Del primero sabemos que es una lengua indoeuropea occidental antigua siendo el celtibérico más reciente pero parece que tuvo una fase anterior y, por lo tanto, más antigua. Ésta también es indoeuropea. Utilizan la grafía ibérica y fonemas vocales y silábicos. Las téseras de hospitalidad, ya más tardías, (de Pinilla Trasmonte, Belorado, Ubierna, Briviesca, etc.) y los nombres de algunas cecas (Sekobirikes) son sus testimonios y referencias lingüísticos.
En lo que se refiere a la religión, el politeísmo es genuinamente celta (frente al mundo de los iberos que no conocemos los nombres de sus dioses) repitiendo los grandes dioses: Cernunos, Lug, Epona, etc., existiendo otros que sólo se conocen en Burgos como Vurovius que da nombre a la Bureba, Kaleka Nevara, Suttunio (en Poza), Cesando (Lences), Velonsae, las Matres de Clunia, etc., cuya veneración se hacía en santuarios domésticos, urbanos, periurbanos o al aire libre (sacra loca libera) como los altares de Gete, Poceiron en La Aldea del Pinar, etc.
La celtiberización.
En la segunda mitad del siglo IV o inicios del III a.C., el fenómeno celtibérico ha llegado plenamente a estas tierras traduciéndose en un incremento de la población, una concentración en grandes núcleos como auténticos oppida, aumento de la producción agrícola y ganadera, aparición del urbanismo, avances tecnológicos, aparición de la moneda, una metalurgia más desarrollada al servicio de la aristocracia guerrera con el desarrollo de una orfebrería de raigambre ibérica (uso dominante de la plata y por los temas decorativos).
En el territorio de los turmogos algunos castros derivaron a pequeñas ciudades como Dessobriga (Melgar de Fernamental), Segisamon (Olmillos de Sasamón), Deobrigula (Tardajos), situados en la que será después Vía Aquitana; en la vía del Arlanzón está el oppidum de Villavieja de Muño, la posible Mun Arc romana; en el valle del Arlanza lo grandes poblados de Solarana, Castrovido-Salas de los Infantes, Lara de los Infantes y Los Ausines cuyos nombres romanos desconocemos.
El territorio de los autrigones se centra en la Bureba aunque según las fuentes llegaba a la costa entre los ríos Asón y Nervión. En la comarca burebana había varios oppida o ciudades situadas a media altura pues el centro de la cuenca era un bosque con lagunas endorreicas. Los poblados de Tritium Autrigonum (Monasterio de Rodilla), Salionca (Poza de la Sal), Vindeleia (Soto de Bureba o Silanes), Virovesca (Briviesca), Segisamunclum (Cerezo de Río Tirón), Auca (Villafranca Montes de Oca), demostraban una densa ocupación del territorio debido a la riqueza de recursos naturales. Las necrópolis excavadas en esta zona El Hongar (Marcillo/Quintanaélez) y Fuentesanz (Monasterio de Rodilla) demuestran que continuaron su uso desde finales de la Primera Edad del Hierro hasta finales del Segundo Hierro; incluso en el segunda yacimiento, en época romana.
El alto valle del Arlanza era territorio pelendón con la ciudad de Nova Augusta (Lara de los Infantes) situada a los pies del viejo castro de la Peña de Lara ocupado en toda la Edad del Hierro y bien fortificado. Castros como el de Hontoria del Pinar, muy celtiberizado, nos demuestran la vinculación con el mundo numantino a través de los puñales biglobulares allí encontrados.
Los vacceos de territorio burgalés ofrecen una gran uniformidad con su territorio original del valle medio del Duero. Oppida como el de Pallantia (Palenzuela), en el límite, Rauda (Roa de Duero), Sekobirikes (Pinilla Trasmonte) o Kolounioq (Quintanarraya/Hinojar) demuestran un gran desarrollo común a estas gentes como ya destacaron las fuentes clásicas.
Todos estos poblados/ciudades alcanzaron un alto desarrollo urbano como lo demuestran los hallazgos de orfebrería que consumía una aristocracia guerrera dominante. Las piezas de oro de Cerezo de Río Tirón, los torques de plata de Monasterio de Rodilla, los torques de Jaramillo Quemado son claro exponente de esto. Por otro lado, la mayoría de ellos acabaron integrándose en el mundo romano pues continuaron ocupados durante esa nueva fase salvo algunos que participaron en actos bélicos como fueron las guerras sertorianas: Pallantia fue arrasada y cambiada de sitio; a la Clunia indígena le ocurrió lo mismo; Pinilla Trasmonte fue despoblada.
Con la llegada de los romanos y la integración en sus circuitos productivos y comerciales, estas tierras alcanzaron un gran desarrollo por su posición estratégica destacando la civitas de Clunia y el hecho de que por estas tierras pasaban las vías del Itinerario de Antonino: la nº I (De Italia in Hispania) desde Astorga a Roma, la XXXII (Ab Asturica Tarracone) de Astorga a Tarragona y la XXXIV (Ab Asturica Burdigalam, o vía Aquitana) desde Astorga a Burdeos.