薩珊波斯在經曆了微微尼戰役之後，基本處於半亡國狀態，並在公元642年的與阿拉伯人的尼哈溫戰役中最終戰敗。此間伊司欹三世曾派兒子卑盧斯等人去中國向唐高宗求援但被拒。伊司欹三世在公元651年被一名奴隸殺死，自此，波斯第二帝國隨之終結，伊朗高原為阿拉伯帝國占有。波斯文化和伊斯蘭文化也在這片土地上相互交融。
留在中國的卑盧斯此時並沒有放棄複國的打算，後來他得到了吐火羅人的支持，開始了複國運動。但他最終未能如願，阿拉伯人最終占領了中亞，與唐朝西域接壤，並不時侵擾西域。公元661年，唐高宗在今日阿富汗和伊朗東部成立了波斯都督府，並立卑盧斯為波斯都督，次年立為波斯王，讓他節製中亞各地。然而隨著阿拉伯人日漸強大，在公元675年波斯都督府被攻破，卑盧斯率部下逃亡中國長安洛陽一代定居，波斯複國運動就此告終。
在阿拉伯的倭馬亞王朝統治波斯的時期，他們用稅收的方式逐漸迫使波斯人放棄原來的宗教信仰，改奉伊斯蘭教（他們被稱為麥瓦利人）。麥瓦利人雖被免除了納稅義務，但在政治上不能擔任任何重要職務。由於絲綢之路經過波斯，許多麥瓦利人越來越富有，他們開始為自己謀求一些政治地位。可是倭馬亞王朝不僅不允許他們參證，還開始向他們征稅，這使得波斯人繼位不滿，公元747年，麥瓦利人發起了以減輕賦稅為口號的呼羅珊起義，這場起義也得到了伊斯蘭什葉派的鼎力相助。同時穆罕默德叔父的玄孫阿布阿拔斯也在也在阿拉伯半島發動起義，他主張哈裏發應該由哈吉姆家族成員來擔任，並自稱自己是與穆斯林的救世主。波斯人阿布穆斯林於是帶領波斯的起義軍開始效忠阿拔斯。公元570年，阿布穆斯林幫助阿拔斯滅亡了倭馬亞王朝，這些波斯人於是成為阿拔斯王朝的開國元勳，這也讓波斯人成功取得了政治上的地位，此後數個王朝的高管都由波斯人來擔任。阿巴斯王朝實際上成為阿拉伯人和波斯人共同統治下的帝國。
然而，為了穩固自己的統治，阿巴斯王朝的曆屆哈裏發在此後多年間一邊借助波斯人征服世界，一邊以各種手法鏟除這些波斯人。到了第八任哈裏發穆塔西姆時期，為了清除了對哈裏發威脅最大的波斯近衛軍，他提拔了一批突厥人組建了古拉姆衛隊。然而突厥人膨脹的野心使他們的勢力由此快速增長並失去製衡，此後穆塔西姆以及後來的哈裏發也就都成了突厥人的傀儡。到了阿拉伯帝國的中後期，各地總督叛亂頻發，平叛的突厥人取代了當地的割據政權，重新建立了突厥國家，伊朗地區的薩法爾王朝在公元1002年被突厥將領阿爾普特勤所滅，建立了突厥化的伽色尼王朝。這時的伊朗高原已經建立起多個類似的突厥化國家，他們自稱蘇丹，表示依然效忠哈裏發。而這時的哈裏發實際上已是名存實亡了。自此，西亞和伊朗的曆史進入了突厥化時代。
在這個時代，塞爾柱突厥帝國的蘇丹的征服使得中亞大片土地又一次獲得了統一。公元1124年，中國東北部的女真人打敗了契丹人，契丹貴族耶律大石率領契丹遺民遷徙到西域，建立起西遼，成為塞爾柱帝國的東鄰，並開始對外擴張，與塞爾柱帝國為爭奪在中亞地區展開長期爭霸戰爭。1142年塞爾柱戰敗，中亞突厥化的花剌子模脫離塞爾柱附庸於西遼。在西遼扶持下，花剌子模迅速在中亞崛起。在1194年的賴伊之戰中得到阿拉伯哈裏發的支持，打敗了塞爾柱，占領伊朗地區。1200年，他們又拿下了阿富汗地區，花剌子模帝國正式成立。塞爾柱帝國在內亂外擾之下分崩離析，公元1207年，花剌子模和西遼開戰並打敗西遼，將其逐回中國新疆地區。自此，絲綢之路上的許多地區受控於花剌子模。
就在這個時期，成吉思汗鐵木真也完成了對蒙古各部落的融合。為了打通絲綢之路，成吉思汗在1215年與花剌子模建立了貿易關係。然而，成吉思汗派遣的商隊進入花剌子模後，當地總督見財起意，將其全部屠殺並侵吞了商隊所有財產。在和平解決的努力無果後，被暴怒的成吉思汗在1219年，成吉思汗率領由蒙古人和維吾爾人組成的十萬大軍西征花剌子模。蒙古大軍的火器和攻城器械使他們攻無不克，而且在拿下在攻城時有抵抗的城邦後必定屠城。根據波斯編年史記載，在成吉思汗西征的五年中，中亞地區死亡的人數超過一千五百萬人。在花剌子模滅國之後，蒙古人撒手撤軍。
就在蒙古人撤軍的空檔期，伊朗西部被信奉伊斯蘭教阿薩辛派的伊朗人占領，他們在這裏建立了木剌夷國（又稱伊瑪目王朝），他們時什葉派分支伊斯瑪以派的又一個支派，他們的政教行為極端，經常搞暗殺，他們培養了一大批頂級刺客，並派往世界各地去刺殺政敵。而歐洲基督教的紅衣大主教們便是他們刺殺的首要目標。1251年，成吉思汗的孫子蒙哥繼位，而木剌夷國卻在不斷襲擊著蒙古商隊，並且已有大量刺客進入蒙古準備刺殺蒙哥，所以1253年，蒙哥汗再次開啟了西征，他的隊伍橫掃了西亞，滅了木剌夷國，還攻破了阿拔斯王朝的首都巴格達，八十萬阿拉伯人被殺。至此，曆時六百多年的阿拉伯帝國正式終結。征服者旭烈兀在波斯地區建立了伊爾汗國。伊朗的曆史進入到蒙古時代。
