از زمان سلجوقیان تغییر بسیار مهمی در وضع آذربایجان پیش آمد: طغرلبک نخستین سلطان بزرگ سلجوقی در ۴۴۶ق / ۱۰۵۴م پس از فتح شرق و مرکز ایران روی به آذربایجان نهاد و به تبریز رفت. از قرن ۴ق / ۱۰م به بعد شهر تبریز رونق و آبادی بیشتری یافته بود و در قرن ۵ ق / ۱۱م شهر بزرگی شده بود که ظاهراً ابومنصور وهسوذان بن محمد روادی حاکم آذربایجان در آنجا مینشست. او چون در خود یارای مقابله با سلطان سلجوقی نمیدید، اطاعت او را گردن نهاد و خطبه به نام او خواند و مالی که «طغرل را راضی ساخت» پیشش فرستاد و پسر خود را به گروگان به او سپرد. طغرل از آنجا به گنجه رفت و صاحب آن امیر ابیالاسوار نیز فرمان او را گردن نهاد و خطبه به نام او خواند. طغرل پادشاهان و امرای آذربایجان و اران را در حکومت و قدرتی که داشتند باقی گذاشت و روی به ملازگرد نهاد. ملازگرد کلید فتح آناطولی و آسیای صغیر بود و سلطان سلجوقی در نظر داشت که این کلید را به دست آورد، اما موفق نشد و به سبب «هجوم زمستان» به آذربایجان بازگشت.
طغرل پس از وقایع و حوادثی که در کتب تاریخ مسطور است در ۴۵۶ق / ۱۰۶۴م وفات یافت و برادرزادهاش الپارسلان به جای او نشست و نقشههای درازمدت سلجوقیان را در تسلط بر گرجستان و ارمنستان و آناطولی و آسیای صغیر وجهۀ همت خود ساخت. او در ربیعالاول ۴۵۶ / مارس ۱۰۶۴م از ری به آذربایجان رفت و به مرند رسید و قصد او «جنگ با رومیان» بود (ابن اثیر، حوادث سال ۴۵۶ق). در مرند یکی از امیران ترکمان به نام طغدگین (طغتگین)، که با رومیان میجنگید و سپاهیانی بسیار با خود داشت که با «جهاد» انس گرفته بودند و آن دیار را نیک میشناختند، پیش او رفت و او را به حمله به بلاد روم برانگیخت و ضامن شد که راهی مستقیم به او بنمایاند (همانجا). در این سخنِ ابن اثیر نکاتی مهم هست که آغاز مرحلۀ نوینی در تاریخ آن منطقه شد و تغییراتی اساسی و شگرف در «ژئوپلیتیک»، یعنی سیاست منطقهای و جغرافیایی پدید آورد که بعدها منجر به تکانهایی در تاریخ سیاسی عالم گردید: چنانکه میدانیم ملازگرد کلید فتح آسیای صغیر و سقوط نهایی دولت بیزانس و قسطنطنیه و تسلط دولت عثمانی بر بالکان و دریای سیاه و سواحل شرقی مدیترانه شد و اینها همه از آذربایجان شروع گردید. از گفتۀ ابن اثیر برمیآید که پیش از آمدن سلجوقیان امیران ترکمان در آذربایجان ساکن بودند. اینان خود بایستی از سلجوقیان باشند که احتمالاً در نخستین سفر جنگی طغرل به آذربایجان به این سرزمین آمده و در آنجا سکنى گزیده بودند. انتساب این ترکمانان به غزان درست نمینماید، زیرا اولاً به گفتۀ ابن اثیر غزان پس از تاخت و تازها و قتل و غارتها سرانجام شکست یافته و از میدان بیرون رفته بودند؛ ثانیاً غزان در آن زمان هنوز اسلام نیاورده بودند، در حالی که امرای ترکمانِ ساکن در آذربایجان با رومیان «جهاد» میکردند. پس اینان بایستی از سلجوقیانی باشند که در نخستین حملۀ طغرل به آذربایجان در آنجا ساکن شده بودند و در زیر پوشش جهاد و غزا (جنگ با کفّار) در طلب چراگاه و زمینهای بیشتر به «آناطولی» و ارمنستان و گرجستان حمله میکردند. عمل این امرای ترکمان جزئی از عملیات «حرکت به سوی غرب» و تصرف آسیای صغیر بود که با آمدن الب ارسلان به آذربایجان و پیوستن این امرا بدو شتابی بیشتر یافت. بنابراین کوچ و سکونت این امرا در آذربایجان، مخصوصاً در اطراف مرند و آذربایجان غربی، که سرپل و مبدأ حمله به دولت بیزانس بود، نخستین سکونت ترکمانان در آذربایجان است که سرانجام منجر به تغییر زبان قدیم محلی آذربایجان به زبان ترکی شد. زبان کنونی مردم آذربایجان که زبان ترکی آذری است از لحاظ زبانشناسی با زبانها و لهجههای اقوام غز و ترکمانان سلجوقی قرابت دارد و تاریخ نشان نمیدهد که «اقوام غز» پیش از آن و در قرنهای پیش از قرن ۵ ق / ۱۱م به آذربایجان حمله کرده و در آنجا سکونت کرده باشند.
الب ارسلان در سال ۴۵۶ق / ۱۰۶۴م از ارس گذشت و عدهای از بلاد گرجستان و ارمنستان و ازجمله شهر مهم آنی را به تصرف خود درآورد و سرانجام در سال ۴۶۳ق / ۱۰۷۱م به تفصیلی که در کتب تاریخ مذکور است در جنگی بزرگ امپراتور بیزانس را در ملازگرد شکست داد و این شهر را فتح کرد. با تصرف قسمتهایی از ارمنستان و گرجستان تسلط سلجوقیان بر سرتاسر آذربایجان مسلم گردید و از این تاریخ به بعد آذربایجان به دست امرای ترک اداره شد تا آنکه دولت صفوی در آغاز قرن ۱۰ق / ۱۶م بر سرتاسر ایران و ازجمله آذربایجان مسلط گردید.
در زمان ضعف سلجوقیانِ بزرگ، اتابکان آذربایجان (از اولاد ایلْدِگِز) و احمدیلیان در آذربایجان حکومت میکردند و هرکدام برای قانونی شمردن حکومت خود از نام پادشاهان ضعیف سلجوقی بهره میجستند. با حملۀ مغول به ایران آذربایجان در فاصلهای که به حکومت ایلخان در آذربایجان انجامید، مخصوصاً بر اثر تاختوتاز جلالالدین خوارزمشاه، صدمات فراوان دید که شرح آن در سیره جلالالدین منکبرنی و نفثهالمصدور زیدری آمده است.