Зиму победители провели в Махмудабаде на Магуне. Весной 1501 года шейх подступил к столице ширваншахов Баку. Город этот был мощной крепостью с высокими стенами и башнями. С трёх сторон его омывали воды Каспийского моря, а с четвёртой защищал глубокий и широкий ров. Тем не менее кызылбашам удалось его засыпать, а под одну из башен подвести мощную мину. После взрыва башня рухнула и в стене образовалась брешь. Через три дня после этого осаждавшие проникли в крепость, после чего бакинцы сдались и раскрыли перед Исмаилом ворота. Шейх потребовал с побеждённых большую контрибуцию и конфисковал казну ширваншахов с богатейшим запасом золота, драгоценных камней, наличных денег, утвари и других ценностей. От Баку Исмаил двинулся к крепости Гюлистан, но не смог её взять. В это время пришло известие, что правитель Ак-Коюнлу падишах Алванд движется с большим войском в Ширван. Исмаил поспешил к нему навстречу.
Решительная битва между ними произошла в середине 1501 года на равнине Шаруй. Алванд имел 30-тысячную армию, между тем как кызылбашей было не больше 16 тысяч. Тем не менее благодаря полководческому искусству Исмаила и его личной отваге, битва закончилась полной его победой. Разбитый Алванд бежал в Эрзинджан. В руки кызылбашей попала огромная добыча: кони, верблюды, мулы, ценные товары, золотая и серебряная утварь. Исмаил торжественно вступил в Тебриз и провозгласил себя шахом.
По сообщению анонимного историка, в ночь накануне коронации Исмаил объявил эмирам и шиитским улемам о своём решении ввести в столице шиитское вероисповедание. Те попытались удержать шейха от этого шага, указывая на возможность народных волнений в Тебризе. (Значительная часть жителей Азербайджана и Ирана в то время исповедовала суннизм; в частности в Тебризе из 300 тысяч жителей 200 тысяч являлись правоверными суннитами.) Однако Исмаил остался при своём мнении и ответил: «Если райяты скажут хоть единое слово, я с помощью Аллаха Всевышнего извлеку меч и ни единого человека в живых не оставлю». На другой день, когда народ собрался в соборной мечети, Исмаил приказал читать хутбу чтецу из знатных шиитов. Сам он стоял у подножия минарета с занесённым над головами тебризцев мечом. Его соратники находились рядом, готовые подавить любое сопротивление. Однако никто не осмелился на открытое выражение недовольства. С этого времени шиитский толк ислама (точнее толк имамитов, почитающих всех двенадцать имамов, включая скрытого) был провозглашён государственным вероисповеданием.
Для окончательного утверждения в Азербайджане и Иране Исмаилу предстояло победить другого правителя Ак-Коюнлу — Мурада, имевшего свою резиденцию в Исфахане. Весной 1503 года он послал к этому падишаху своего мюрида и потребовал подчинения. Мурад ответил отказом. Тогда Исмаил выступил из Тебриза и двинулся на юг к Хамадану с 12-тысячным войском. Решительная битва между противниками произошла в июне 1503 года в местности Алма-гулаги около Хамадана. Хотя под началом Мурада находилось больше 70 тысяч человек, войска Ак-Коюнлу были наголову разбиты. Многие туркменские эмиры погибли. Самому Мураду удалось бежать. В результате этой победы Исмаил сделался хозяином Фарса и большей части Персидского Ирака. До конца года под власть кызылбашей перешли Шираз, Исфахан, Кашан и Кум. В следующем голу им подчинились Йезд и Кирман. В 1506 году Исмаил завоевал Дийарбакр. В 1507 году была захвачена Армения и Курдистан, а в 1508 году — Багдад и Арабский Ирак. В 1510 году Исмаил разбил около Мерва хана узбеков Шайбани, овладевшего к этому времени частью Хорасана. Сражение было настолько кровопролитным, что русло реки Махмуди оказалось запружено трупами людей и лошадей. В битве пал сам Шайбани-хан и 10 тысяч его узбеков. После этого в состав Ирана вошёл весь Хорасан и территория вплоть до реки Амударьи.
Таким образом, всего за десть лет Исмаил превратился из гонимого бездомного шейха в могущественного правителя огромной державы. Вновь созданное Сефевидское государство состояло из областей и стран, населённых различными иранскими, тюркскими, арабскими народностями и племенами, говорившими на различных языках. Господствующей прослойкой в нём оставались тюркские азербайджанские племена кызылбашей. Из их среды назначались военачальники и правители областей. Дворцовая гвардия так называемых курчиев составлялась из сыновей знати кызылбашских племён. При дворе и в войске господствовал азербайджанский язык (сам шах писал на нём стихи под псевдонимом Хатаи).
Установив юго-восточную границу по Амударье, шах начал завоевания на западе. Его активными союзниками в этой войне выступали шиитские племена, населявшие восточные пределы Османской империи. В 1512 году при поддержке местных шиитов Исмаил разбил турецкого наместника и овладел городами Карахисар и Малатья. Но в том же году на турецкий престол взошёл деятельный и жестокий султан Селим I. В 1513 году он велел истребить в своих владениях всех шиитов, а в следующем выступил с большой армией против Исмаила. Решительная битва между ними произошла в августе 1514 году на Чалдыранской равнине. Боевые порядки турецкой армии были построены по европейскому образцу. В центре разместилась артиллерия — около 300 пушек. Перед пушками, скрывая их от взоров противника, стояли особые части (азабы). За артиллерией находились пешие стрелки — янычары. Рабочий скот — верблюдов и мулов — поставили вместе с повозками, скреплёнными между собой цепями, спереди и по бокам янычар, чтобы они служили препятствием на пути грозной кызылбашской конницы. С этой же целью цепями были скреплены ряды пушек.
Битва началась бешеной кавалерийской атакой кызылбашской конницы на оба фланга турецкой армии. На левом фланге Исмаилу удалось прорвать вражеский строй и зайти туркам в тыл (его натиск был настолько стремительным, что артиллерия не успела нанести ему вреда). Но на правом фланге атака завершилась полной неудачей — кызылбаши попали под жестокий огонь пушек и отступили с огромными потерями. Селим развернул все свои войска против Исмаила, положение которого сделалось очень тяжёлым, однако он ещё надеялся на победу. По сообщению летописцев, как сам шах, так и его воины проявили в этой битве много отваги и героизма. Пишут, что в разгар сражения Исмаил оказался лицом к лицу с известным турецким богатырём Али-беком Малкуч-оглу. Нимало не смутившись этим, Исмаил нанёс ему по голове удар мечом такой силы, что голова турка вместе со шлемом раскололась на две половинки. В том месте, где находился шах, враги отступали, но общий ход битвы оказался неудачным для кызылбашей. Янычары, укрываясь за сцепленными повозками, открыли по ним ожесточённый огонь. Исмаил был ранен в руку и плечо. Его конь потерял равновесие и вместе со всадником свалился на землю. В этот опасный для жизни шаха миг он был спасён Солтанали-мирзой Афшаром, который был очень похож на Исмаила «по внешности и одеянию». Он выступил вперёд с криком: «Я шах!» и сумел увлечь за собой вражеских солдат. (Эта отвага стоила ему жизни.) Тем временем некий Хызр-ага Устанджлу подвёл Исмаилу другого коня. Вместе с тремястами кызылбашами он пробился сквозь вражеский строй и ускакал в Тебриз. В руки победителей попала огромная добыча. В числе пленных оказались две жены шаха. В сентябре Селим вступил в Тебриз, в спешке оставленный Исмаилом, и захватил его казну. Но, опасаясь голодной зимы, султан не стал задерживаться в Азербайджане и вернулся в свои владения. К Турции была присоединена Западная Анатолия с Эрзерумом и Северная Месопотамия с Мосулом.
В следующем году Селим завоевал Сирию и Египет. В ответ Исмаил постарался укрепить свои позиции в Закавказье. Формальным поводом для этого стало обращение грузинских царей за помощью. Исмаил посылал свои войска в Закавказье в 1516 и 1517 годах. В результате к его государству была присоединена Восточная Грузия (царства Картли и Кахетии). В 1521 году грузинский царь Давид отказался от выплаты дани и был разгромлен в битве при Телети. Кызылбаши разграбили Тбилиси и увели много пленных. Эта война оказалась для шаха последней. Весной 1524 года во время перехода из Нахичевани в Ширван Исмаил умер.