В 1803-1805 к России мирным путём присоединены Карабахское и Шекинское ханства.
В 1803 году русский генерал Цицианов захватил Гянджинское ханство (с 1804 - Елизаветполь). В ходе русско-иранской войны 1804-1813 Россия захватывает сначала Кубинское и Бакинское ханства (1806), а затем - Талышское (1809). Гюлистанский мирный договор, заключённый 24 октября (5 ноября) 1813 между Россией и Персией, юридически закрепляет это положение. Персия отказывается от своих притязаний на Карабахское, Гянджинское, Ширванское, Шекинское, Бакинское, Дербентское, Кубинское и Талышское ханства, а также на Восточную Грузию и Дагестан. Согласно Гюлистанскому договору 1813, под властью персидского шаха остаются все южные ханства. По окончании русско-персидской войны 1826-1828, согласно Туркманчайскому мирному договору, к России также отходят Эриванское и Нахичеванское ханство, Ордубадский округ и другие территории. Таким образом происходит окончательный раздел северных территорий Персии между Персией и Россией с границей по реке Аракс.
Большое значение имело проведение в 1883 железной дороги от Тбилиси до Баку и включение в 1900 Закавказской железнодорожной магистрали в общероссийскую сеть железных дорог. Важную роль сыграло и расширение торгового мореплавания на Каспии. С конца XIX века Баку становится крупным железнодорожным узлом и каспийским портом. Развивается нефтедобыча в районе Баку. До 1872 добыча нефти здесь была незначительной. С 1872 здесь появляются первые крупные промышленные предприятия, примитивные нефтяные колодцы заменяются буровыми скважинами, в бурении стали применяться паровые двигатели. Высокие прибыли привлекают в нефтяную промышленность Бакинского района отечественные и иностранные капиталы. Добыча нефти в районе Баку с 26 тыс. т в 1872 возросла до 11 млн т в 1901, составив около 50 % мировой нефтедобычи.
Начало XX века - как и во всей Российской империи, развитие промышленности, рост численности рабочего класса и сохраняющееся тяжёлое положение народа приводит к усилению забастовочной борьбы и революционных настроений, чему способствуют зарождающиеся политические партии. При этом кроме общероссийских партий (обе фракции РСДРП - большевики и меньшевики, социалисты-революционеры, конституционные демократы), популярны были национальные партии: армянские - социал-демократическая Гнчак и революционно-националистическая Дашнакцутюн, а с 1911 г. также татарская (азербайджанская) националистическая партия Мусават.В годы Первой мировой войны экономика губернии переживала упадок. Свёртывались нефтеразведочные и буровые работы, резко сокращались посевные площади под сельскохозяйственными культурами, в особенности под хлопчатником.
