Etter mer enn ett års opphold i Konstantinopel, der han ble god i det tyrkiske språk og i noen grad bevandret i arabisk, gjorde han en pilegrimsreise til Det hellige land i 1616 og fortsatte derfra til Bagdad, der han giftet seg med en nestoriansk kvinne fra Mardin. Della Valle fortsatte derfra til Persia, der han ble mottatt som gjest ved Abbas den stores hoff og fikk atskillige oppdrag av politisk beskaffenhet.