伊爾汗國成立後，為了維護其統治，波斯人不僅被給予諸多優待，拜火教還被信奉為國教。然而多數波斯人早已放棄了他們的拜火教，大多數人已經接納並改宗伊斯蘭教。1295年，第起位統治者合讚汗在位時進行了改革，包括正式皈依伊斯蘭教。至此，伊爾汗國的蒙古人正式被伊斯蘭化。
十四世紀之後，蒙古人在世界各地的統治逐漸衰落，伊爾汗國也連年爭戰不斷，在與鄰國征戰中，突厥人由於被大量引進軍隊，又成為蒙古帝國中的貴族階層。就在蒙古人被突厥化的演變中，誕生了一位成吉思汗式的人物帖木兒。他以聖戰的名號大肆清洗異教徒和抵抗者，據信有一千七百萬人死於他的刀下。他先後征服了阿富汗，伊朗，亞美尼亞和格魯吉亞，建立起一個幅員遼闊的龐大帝國。1396年，他扣押了各國使節，表示對所有國家宣戰，並開始了他第二個階段的瘋狂擴張。他橫掃了印度，埃及，奧特曼帝國，並準備遠征中國，但此時他突患瘧疾臥床不起，與1405年逝世。帖木兒死後，王室帝國內爭不斷，隨後土崩瓦解。
公元1447年，土庫曼人複興了他們的國家黑羊王朝，取代了帖木兒帝國，成為西亞的伊斯蘭帝國。但隨即被由一個激進的主張用武力迫使民眾皈依伊斯蘭教的什葉派組織薩菲教團所支持的白羊王朝所取代。作為薩菲教團領袖的薩法維家族是 由波斯人和米底人融合後的後代，又成為庫爾德人，他們以波斯人自居，也是伊朗的主體民族。在白羊王朝，土庫曼貴族與薩菲教團和庫爾德人的矛盾不斷，公元1488年，薩菲教團團長的兒子順位接替他戰死疆場父親的位置，他15歲時將跟隨他的土庫曼人編製成紅帽軍，。1501年他率領這支軍隊和聯合阿塞拜疆和土耳其人聯手打敗了白羊王朝，建立了薩法維王朝，史稱波斯第三帝國。
伊斯瑪以一世自稱自己是穆罕默德女兒的後裔，又是薩珊王朝的後代，加上薩菲教團的支持，輕鬆獲得了一大批什葉派和波斯民眾的支持。他以聖戰的名義大肆擴張，收複了兩河流域的大片疆土，隨後又與打敗了遜尼派為正統的布哈拉汗國，恢複了波斯帝國的東部疆域。而後他又率軍與西方信奉遜尼派的奧斯曼帝國作戰。1514年，兩國爆發了長達四十一年的戰爭，最後薩法維王朝被打敗，伊斯瑪以在公元1524年去世，什葉派追認他為真正的波斯什葉派國家的締造者。
伊斯瑪以死後，薩法維王朝收到東西雙方的布哈拉和奧斯曼的夾攻，喪失了大片土地，君主權力也被架空而幾近崩潰。1587年，薩法維的第五任君主阿巴斯繼位，他以割讓領土的方式與奧斯曼和布哈拉達成和議，而後鏟除了朝內的土庫曼權臣，鎮壓反叛，遷都伊斯法罕。他還采用了溫和方式進行宗教，使遜尼派和波斯拜火教信徒逐漸改宗什葉派。使伊朗逐漸成為以什葉派為主導的穆斯林國家。他還接納了葡萄牙人和英國人開展了商業貿易。是商業和手工業繁榮，還產生了資本主義萌芽。他從歐洲購買了大量火槍和火炮，建立一支強大的波斯陸軍。在他的一係列改革下，薩法維王朝從衰落走向強盛，迎來了自己的黃金時代。
自1598年起，強盛起來的阿巴斯開始向東進攻，將布哈拉汗國和印度的莫臥兒帝國收入囊中，還收複了波斯灣和霍爾木茲海峽，掌握了東西方的貿易通道。1603年，阿巴斯向衰敗的奧斯曼宣戰，經過十年的戰爭，奧斯曼戰敗，歸還了大不裏士和阿塞拜疆。1623年阿巴斯再次出兵收複了兩河流域的大片疆域。自此，阿巴斯進入鼎盛時期，阿巴斯大帝也威名遠揚。
然而，阿巴斯大帝在1629年去世後，他的繼承者們都是平庸之輩，薩法維王朝開始迅速走向衰敗。這期間，奧斯曼，俄羅斯，布哈爾，莫臥兒相繼蠶食了波斯領土。後期信仰遜尼派的阿富汗地區常年叛亂，與波斯統治者的矛盾激化。公元1709年，阿富汗貴族起義，建立了霍塔克王朝，反抗波斯的統治。1722年馬赫穆德攻陷了伊斯法罕，成為波斯的新統治者。但由於其統治殘暴，大批什葉派和薩法維王室成員被清洗，加之波斯人都認為他是阿富汗人，所以其統治遭到質疑，反抗不斷。其中有個叫納迪爾沙的紅帽軍官在1726年重新推舉被廢黜的塔赫瑪斯普二世複辟，而後他打著薩法維王朝正統的旗號，吸收了各方起義軍，成功驅逐了阿富汗人，還收複了被俄羅斯，和奧斯曼侵占的土地，並洗劫了印度莫臥兒首都德裏。被譽為波斯的拿破侖。1736年，薩法維末代君主阿巴斯三世去世，納迪爾沙自立為王，建立了阿夫沙爾王朝，結束了波斯第三帝國長達235年的統治。
在阿夫沙爾王朝統治時期，納迪爾沙四處征戰，無往而不勝。他用搶奪來的財富大興土木，幾乎重現了當年阿巴斯在位時的波斯盛世。然而，他在統治時期對什葉派信徒的苛捐雜稅導致了各地抗爭不斷，他本人也被密謀叛亂的貴族殺死。從此波斯又陷入內亂。
