Teknikjätten sålde 45.51 miljoner iPhones under de tre månaderna till 24 September, slå en genomsnittlig uppskattning på 44,8 miljoner.
Företaget förutspådde också högre än väntat semestersäsongen intäkter på mellan $76 miljarder och $78 miljarder.
Men intäkterna under det fjärde kvartalet minskade med 9 % till 46,85 miljarder dollar.
Detta innebar att de årliga intäkterna minskade för första gången sedan 2001, vilket pekade på en avmattning på marknaden för smarttelefoner samt en ökad konkurrens, särskilt från kinesiska konkurrenter.
Analys: Rory Cellan-Jones, BBC Technology korrespondent
Det var ingen överraskning att Apple såg sin första minskning av årsintäkterna under 15 år. Det blev tydligt tidigare under året att försäljningen av iPhone - säkert den mest lönsamma produkten i historien - hade planat och de fortsatte att göra detta kvartal besviken. Det var svårt att se någon produkt eller marknad leverera enastående resultat - det faktum att Apple fortfarande inte har släppt några siffror för sin klocka berättar sin egen historia - och 30% nedgången i Kina försäljningen såg särskilt oroande.
Men på något sätt lyckades Apples VD Tim Cook fortfarande måla en rosig bild. Han pekade på 24% ökning av inkomster från tjänster som Apple Music och Apple Pay. Han berättade för oss att han var nöjd med kundernas svar på iPhone 7 - och att runt om i världen, inklusive i Kina, efterfrågan var att överträffa utbudet.
Och avgörande han såg fram emot en återgång till tillväxt i nästa kvartal, med Apple prognos en rekordbrytande semester säsong. Investerare har letat efter skäl för att köpa tillbaka till Apple och denna förutsägelse kan bidra till att fortsätta den senaste uppåtgående vägen för aktierna.
Men teknikpubliken väntar fortfarande på någon radikal ny innovation, för att bevisa att företaget som grundades av Steve Jobs inte har förlorat sin kreativa gnista. Tim Cook skulle inte dras när frågesport om flyttar in i TV eller bygga en bil eller en ansluten högtalare som Amazon Echo. Han sa att vi har den starkaste produktledningen vi någonsin haft. Men det är en linje som vi har hört under en tid.
Apple chefer sade efterfrågan på den nya iPhone 7 var stark, trots finanspolitiska fjärde kvartalet intäkter faller i Kina och Amerika, dess två viktigaste marknader.
Intäkterna från Kina, som en gång betraktades som Apples nästa tillväxthopp, minskade med 30 % under kvartalet, efter att ha sjunkit med 33 % under föregående kvartal.
Under samma period förra året fördubblades intäkterna från Kina.
Apples aktier var nere 3% på cirka $114.80 i efter-timmar handel.
"Apple hade inte en stor [fjärde kvartalet] som iPhones, Macs, Kina, USA och vad som verkar vara Watch var nere," sade Patrick Moorhead, en analytiker på Moor Insights & Strategi.
Nettoinkomsten sjönk till 9,01 miljarder dollar under det fjärde kvartalet, från 11 miljarder dollar under samma kvartal förra året.
För året sjönk nettoinkomsten till $45,7 miljarder från $53,4 miljarder.
Chief Financial Officer Luca Maestri sade att det var "omöjligt att veta" om det fanns någon effekt ännu från rivaliserande Samsung stoppa produktionen av Galaxy Note 7 telefoner tidigare denna månad.
Apple har rapporterat sitt tredje kvartal i en rad fallande iPhone försäljning och intäkter, men försäljning slår analytiker förväntningar.