Posle1921. godine, Vrhovno veće za narodnu ekonomiju pokrenulo je projekat osuvremenjivanja i industrijalizacije azerbejdžanskih polja nafte. Otkrivena su mnoga nova naftna polja, poput Iljičevog bazena, Kara-Čuhura, Lok-Batana i Kale. Nakon pokretanja kolektivizacije1929. godine, Azerbejdžanska SSR je prvi put postala drugi proizvođaččaja u SSSR-u nakon Gruzijske SSR. Naftna industrija Azerbejdžanske SSR, koja je zauzimala preko 60% sovjetske proizvodnje naftnih derivata, odlikovana jeOrdenom Lenjina,31. marta1931. godine. Republika je po drugi put odlikovana Ordenom, prilikom proslave petnaeste godišnjice postojanja.
Po početkuVelikog otadžbinskog rata, industrija Azerbejdžanske SSR proizvela je 25.4 miliona tona goriva, što je bio rekord u celoj istoriji azerbejdžanske naftne proizvodnje.Velika Britanija iFrancuska tada su ozbiljno razmišljale o bombardovanju azerbejdžanskih naftnih polja, kako ne bi pala u rukeHitlerovim snagama. Do kraja1941. godine, velik brojAzera priključio se Narodnim dobrovoljačkim korpusima. Radnici na naftnim poljima pokrenuli su incijativu rada dvanaest časova dnevno, bez slobodnih dana ili proslava praznika sve do kraja rata, kako bi time pomogli sovjetskoj ekonomiji da izdrži ratne napore. Baku je Hitleru i njegovim generalima bio glavni strateški cilj, kako bi iskoristili naftna polja. Snage nemačkogVermahta stigle su doKavkaza, ali to je bio njihov krajnji domet kada su poraženi kodStaljingrada početkom1943. godine. Od 700.000 do 800.000 Azera, koji su bili regrutovani u Crvenu armiju, poginulo je njih 400.000.
Važan događaj za Azere u Azerbejdžanskoj SSR bila je sovjetska okupacija severnogIrana, takođe pretežito naseljenog Azerima. Ovo je za posledicu imalo rast pan-azerbejdžanskog nacionalizma, oživljavanjeazerskog jezika, koji je do tada bio potiskivan odpersijskog.Novembra1945. godine, uTabrizu je pod sovjetskim pokroviteljstvom osnovanaNarodna vlada Azerbejdžana, pod vođstvomDžafara Piševarija.Među Azerima je vladalo uverenje da će se dva Azerbejdžana uskoro ujediniti, ali je pod pritiskom Zapadnih sila Crvena armija morala da se povuče iz severnog Irana. Iranska vlada je uspostavila vladu nad iranskim Azerbejdžanom do kraja1946. godine, a članovi Narodne vlade sklonili su se u Azerbejdžansku SSR.
Od1950-ih godina, u Azerbejdžanskoj SSR potaknut je period ubrzane urbanizacije i industrijalizacije. Međutim, od1960-ih opala je važnost azerbejdžanske naftne industrije, delimično zbog intenzivnije prerade nafte u ostalim regionima Sovjetskog Saveza. Još jedan od problema bio je rast tenzija između Jermenaca i Azera okoNagorno-Karabaha. Moskva je zbog toga na čelo Azerbejdžanske KP1969. godine postavilaHejdara Alijeva. Alijev je bio uspešan u poboljšanju ekonomskih uslova i odnosa između Azera i Jermenaca. Nakon pokretanjaPerestrojke, Alijev se protivioGorbačovljevim reformama, nakon čega ga je ovaj prisilno penzionisao.[3]
Etničke tenzije potakle su osnivanje brojnih opozicionih organizacija, od kojih je najznačajnija bila Narodni Front Azerbejdžana. Međutim, u organizaciji je kraja1989. godine došlo do rascepa između modernista i konzervativnih islamista. Rascep je uzrokovao nasilje usmereno protiv Jermenaca, zbog čega je Sovjetska armija upućena da smiri stanje. Nemiri su kulminirali nakon što su sovjetski vojnici u suzbijanju nereda ubili 132 demonstranta uBakuu,20. januara1990. godine.Azerbejdžan je usvojio deklaraciju o neovisnosti30. avgusta1991. godine, a nakon raspada Sovjetskog Saveza25. decembra, pristupio jeZajednici nezavisnih država.