しかし1979年2月、イランで革命が起こってパフラヴィー朝が崩壊して、それまで親米国であったイランは反米姿勢を露わにした。同年11月には首都テヘランのアメリカ大使館に暴徒が乱入してアメリカ人を人質に取った。これは宣戦布告同然の行為であり、本来であればイラン当局は暴徒を取り締まるべき立場にあったが、どういうわけかイラン当局は静観を決め込んで、アメリカ人の人質解放に積極的に動かなかった。1980年4月、業を煮やしたアメリカはイランに国交断絶を通告し、経済制裁を発動した。この事件を解決できなかったアメリカのジミー・カーター大統領は威信を大いに傷つけられ、大統領選での再選も叶わず、ロナルド・レーガンへの政権交代を許す一因となった。イランのアメリカ大使館人質事件はレーガン大統領が就任してすぐに解決したが、この事件はイランとアメリカの関係を決定的に悪化させた。上記のアメリカ大使館人質事件に加えて、重要な親米国群である湾岸諸国をイランによる王制転覆から守る意味合いからも、1980年代は、イラン・イラク戦争（レーガン政権の時期とほぼ重なる）でアメリカがイランの敵イラクを支援するという構図が出来上がった。アメリカの外交政策の影響で、日本もイランとの関係を縮小させるように圧力がかけられ、一方で日本とイラクの関係が深まる結果となった。以降、日本は「アメリカの顔色を窺いながら、可能な範囲でイランとの関係を維持、強化する」という図式が定着している。1992年4月、観光目的で入国したにも関わらず不法滞在する在日イラン人の増加を理由に、革命前に締結されて継承もされていたビザ免除の観光協定が停止された。2004年から日本はイラン最大のアーザーデガーン油田の開発事業を行っている。2010年2月23日、イランのアリー・ラーリージャーニー国会議長が衆議院の招待で来日した。議長は、同月24日に岡田克也外務大臣と会談し、同月27日には長崎市を初めて訪れ、長崎原爆資料館を見学した。議長は記者団に「世界に一つでも原爆が存在すれば人類への脅威だ。人々は、核のない世界に向けて立ち上がるべきだ」と感想を述べた。見学後、田上富久長崎市長らと共に、資料館近くの爆心地公園にある原爆落下中心地碑に献花した。2011年12月9日、日本は「国際連合安全保障理事会決議第1929号の履行に付随する措置の対象の追加について」に基づき、イランの原子力開発に関わる銀行3行（累次の決議及び昨年の付随措置との合計20行）、銀行以外の者106団体・1個人（累次の決議及び昨年の付随措置との合計267団体・66個人）に対する支払等及び指定された者との間の資本取引等を許可制とし、銀行とのコルレス関係を停止した。また、金融活動作業部会（FATF）の声明を受け、金融機関等に対し、顧客の本人確認義務、疑わしい取引の届出義務及び外国為替取引に係る通知義務の履行を徹底するよう要請した。2005年にハータミー大統領が退陣してからは、長らく日本とイランの首脳会談は行われていなかった。しかし、2012年12月の衆院選の結果を受けて日本で安倍晋三が内閣総理大臣に返り咲き、イランでは強硬派のマフムード・アフマディーネジャード大統領が最長任期を満了して迎えた2013年6月の大統領選の結果を受けて同年8月からハサン・ロウハーニーが大統領に就任すると、両国の首脳は急速に関係を改善させた。安倍首相は、いち早くロウハーニー大統領の就任に対して祝辞を述べ、翌9月には首相の親書を携えた高村正彦総理特使をイランに派遣してロウハーニー大統領らと会談を行った。1979年のイラン革命後、未だ日本の現役首相がイランを公式訪問した実績はないものの、ニューヨークで毎年開催される国連総会など第三国の国際会議に参加する機会を捉えて安倍首相とロウハーニー大統領が会談することが慣例となっている。具体的には、2013年9月26日（現地時間、以下同）に国連総会開催中のニューヨークでロウハーニー大統領が就任してから初の首脳会談が実現し、翌2014年9月23日には同じく国連総会開催中のニューヨークで二度目の首脳会談を行った。また、2015年は、9月27日に国連総会開催中のニューヨークで定例となった首脳会談を行っただけではなく、遡る4月22日にも60周年記念を迎えたアジア・アフリカ会議を開催中のジャカルタで首脳会談の場を設けた。2016年9月、国連総会開催中のニューヨークで、同地では4度目、通算で5度目となる安倍・ロウハーニー首脳会談が行われた。尚、2016年8月には、革命直前のイランを訪問した福田赳夫首相以来38年ぶりとなる日本の現役首相のイラン訪問が予定されていたが、急遽、日本側の都合により安倍首相のイラン訪問の中止が決定された。政府筋によると、安倍首相はアメリカ大統領選の実施を待ち、その後にイラン訪問の是非を再検討する意向とのこと。2017年1月8日の夜（現地時間）、ホメイニー師の弟子でありイラン革命の成就と防衛に生涯を捧げた、イラン公益評議会議長にして元大統領のハーシェミー・ラフサンジャーニーが心臓発作によりテヘラン市内の病院で逝去、82歳であった。翌9日、岸田文雄外務大臣が哀悼のメッセージを発出、10日には安倍首相がラフサンジャーニー元大統領の功績を偲びつつ、心からの哀悼の意を伝えるメッセージを発出した。また、この訃報を受けて、鈴鹿光次駐アフガニスタン日本大使が在アフガニスタン・イラン大使館を訪問してバフラーミー駐アフガニスタン・イラン大使と会談、テヘランでラフサンジャーニー元大統領と何度か会って話したことがある旨を挙げて故人を回想しつつ、得意のペルシャ語で「ラフサンジャーニー師の死去に際して、深い追悼の意を表明する。／同師とのすばらしい思いでとともに／2017年1月10日／鈴鹿光次・駐アフガニスタン日本大使」と記帳した。2017年5月19日、イランで大統領選挙が行われ、翌20日に現職のロウハーニー大統領の再選が発表されたことを受けて、同日中に安倍首相および岸田外相がロウハーニー大統領に宛てて当選を寿ぐ祝辞を送った。2018年5月8日、ドナルド・トランプ米大統領は他のP5+1諸国（常任理事国5ヶ国およびドイツ）やイランとの事前調整が不十分な状況で核合意からの一方的な離脱を宣言。これを受けて翌9日、河野太郎外務大臣は「我が国は国際不拡散体制の強化と中東の安定に資する核合意を支持しており，引き続き関係国による建設的な対応を期待します。」と表明し、日本はアメリカの対イラン制裁に同調せず引き続き核合意維持を支持するとの談話を発表した。しかしトランプは同年11月にイランに対する経済制裁を復活させ、イランもこれに反発するなど関係が悪化。2019年6月12日より安倍首相がイランを訪問しロウハーニー大統領と最高指導者アリー・ハーメネイーと会談、アメリカとの橋渡しを試みることなった。2019年6月12年、当初の予定通り安倍首相によるイラン訪問が実現した。同日の夕刻、安倍首相はロウハーニー大統領と会談して、日本からイランへの医療、環境、防災等の分野における協力実施を表明した上で、イランが地域大国として中東の安定化に建設的な役割を果たすよう要請した。また、防災分野における協力は口先だけの外交辞令に止まらず、イランにおける洪水被害に対する支援として日本が合計250万ドルの緊急無償資金協力を実施することがロウハーニー大統領との首脳会談上で伝達された。翌13日の午前、安倍首相はハーメネイー最高指導者と会談して、ロウハーニー大統領に対して主張したのと同様にイランが地域大国として中東の安定化に建設的な役割を果たすよう要請した。2019年の安倍首相によるイラン訪問は、現地では概ね歓迎されて、日本とイランの二国間関係の強化に成功したと言える。しかし、その一方で、ハーメネイー師は安倍首相との会談において「安倍首相の善意と誠実さは疑わないが、トランプ大統領はメッセージを交換するに値する相手ではない。トランプ氏には返事もしない」、「トランプ大統領はイランと対話の用意があると述べつつ、安倍首相と会談した後、石油化学分野に対する制裁を科しており誠意がない」と述べるなどトランプ大統領に対する根強い不信感を表明しており、安倍首相のイラン訪問はアメリカとイランの関係修復に何ら資することはなかった。なお、中東ジャーナリストの川上泰徳は「米イランの仲介という点では、安倍首相の訪問は完全に失敗だった」と事実上の指摘をしている。