Наиболее крупным внешнеполитическим мероприятием Петра после Северной войны был Каспийский (или Персидский) поход в 1722—1724 годах. Условия для похода создались в результате персидских междоусобиц и фактического распада некогда мощного государства.

18 июня 1722, после обращения за помощью сына персидского шаха Тохмас-мирзы, из Астрахани по Каспию отплыл 22-тысячный русский отряд. В августе сдался Дербент, после чего русские из-за проблем с провиантом вернулись в Астрахань. В следующем 1723 был завоёван западный берег Каспийского моря с крепостями Баку, Рештом, Астрабадом. Дальнейшее продвижение было остановлено угрозой вступления в войну Османской империи, которая захватывала западное и центральное Закавказье.

12 сентября 1723 года был заключён Петербургский договор с Персией, по которому в состав Российской империи включалось западное и южное побережье Каспия с городами Дербент и Баку и провинциями Гилян, Мазендеран и Астрабад. Россия и Персия также заключили оборонительный союз против Турции, который, однако, оказался недействующим.

По Стамбульскому (Константинопольскому) договору от 12 июня 1724 года Турция признавала все приобретения России в западной части Каспийского моря и отказывалась от дальнейших притязаний на Персию. Стык границ между Россией, Турцией и Персией был установлен на месте слияния рек Аракс и Кура. В Персии смута продолжалась, и Турция оспорила положения Стамбульского договора прежде, чем граница была точно установлена.

В 1735 году эти владения были возвращены персам в связи с высокими потерями гарнизонов от болезней и бесперспективностью на тот момент региона для России.