היחסים הדיפלומטיים בין אזרבייג'ן לסוריה התחזקו משמעותית ביולי 2009, עם ביקורו הרשמי הראשון של נשיא סוריה דאז, בשאר אל-אסד, באזרבייג'ן, במהלכו סוכם על אספקת גז אזרי בהיקף של 1–1.5 מיליארד מטרים מעוקבים. במסגרת אותו ביקור נחתמו 14 הסכמי שיתוף פעולה נרחבים בתחומים כמו חקלאות, חינוך, בריאות, תיירות, מכס ואנרגיה מתחדשת. מבחינה כלכלית, החלו הצדדים בייצוא גז טבעי בפועל בדצמבר 2011 דרך טורקיה וגאורגיה, זאת לאחר חתימת הסכם טכני ל-20 שנה בנובמבר 2010 והסכם למניעת כפל מס כבר בספטמבר 2009. עם זאת, חלה תפנית מדינית חדה: בעוד שסוריה תמכה בעבר בעמדת אזרבייג'ן בסכסוך נגורנו קרבאך, מאז מלחמת האזרחים בסוריה היא ניצבת לצד ארמניה, יריבתה של אזרבייג'ן. שתי המדינות חברות בארגון לשיתוף פעולה אסלאמי (OIC), האו"ם והתנועה הלא-מזדהה, אף שסוריה מושעית מה-OIC מאז 2012. בהיבט ההומניטרי, בדצמבר 2015 חילקה אזרבייג'ן סיוע של מזון ומוצרי בריאות לכ-400 משפחות סוריות ששכנו בירדן, באמצעות סוכנות הפיתוח הבין-לאומית שלה (AIDA).