Następcą Cyrusa Wielkiego był Kambyzes II (529 p.n.e. – 522 p.n.e.), który przyłączył do imperium Egipt. Niedługo po jego śmierci w państwie wybuchła wojna domowa, z której ostatecznie zwycięsko wyszedł Dariusz I Wielki (521 p.n.e. – 486 p.n.e.). Przeniósł on oficjalną stolicę do Persepolis (kilkanaście kilometrów na południowy zachód od Pasargady), a administracyjną do Suzy. Przeprowadził także nowy podział na satrapie, podstawowe jednostki administracyjne imperium, których zarządcy cieszyli się dużą samodzielnością zarówno w sferze polityki wewnętrznej jak i zagranicznej. Zbudował sprawny system pocztowy, niezbędny w zarządzaniu tak rozległym państwem, i drogi. Najsłynniejszą z nich była tak zwana Droga Królewska z Suzy do Sardes, licząca 2575 kilometrów. Przeprowadził także reformę monetarną, wprowadzając złote darejki i srebrne szekle, oraz podatkową, dokonując oszacowania przychodów z ziemi i odpowiednio do niego wyznaczając obciążenia podatkowe. Dariusz pokonał również Scytów, zajmując Trację, oraz dokonał podboju doliny Indusu. Jednakże jego wyprawa przeciwko Atenom w roku 490 p.n.e. zakończyła się klęską pod Maratonem. Jego syn, Kserkses I (486 p.n.e. – 465 p.n.e.), po stłumieniu buntów w Egipcie i Babilonii w 480 p.n.e. przedsięwziął wielką wyprawę na Grecję, jego flota i armia została jednak pokonana w bitwach pod Salaminą i Platejami. Po trzydziestu latach dalszych walk Persowie ostatecznie w 449 p.n.e. uznali niepodległość greckich polis w Azji Mniejszej.