Wales låg inför matchen fyra i grupp E men hade fortfarande chansen att ta sig till EM 2020. Inför bortamötet med Azerbajdzjan hade laget skrapat ihop åtta poäng och jagade därmed Slovakien på tio poäng och Ungern på tolv poäng.
Wales förbundskapten Ryan Giggs valde att starta med Manchester Uniteds nyförvärv Daniel James på ena kanten och Gareth Bale på den andra samtidigt som Aaron Ramsey började på bänken.
I Azerbajdzjan fick Ramil Sheydaev, till vardags i Dynamo Moskva chansen från start i anfallet. Wales satte högt tryck omgående där Joe Morrell hotade med ett farligt skott utifrån vilket tvingade målvakten Emil Balayev till en fin räddning.
På efterföljande hörna nådde Kieffer Moore högst vid bortre stolpen och nickade in 1-0 redan i den tionde matchminuten.
- Moore är ett hot och vi är tillfredställda med att han nätade igen, säger Giggs enligt Uefa.
Moore hade sedan en jättechans att göra 2-0, framspelad av James men Balayev kom ut fint och räddade friläget.
Wales behöll dock trycket och James drog själv iväg en projektil som först gick i ribban, sedan i stolpen och ut. På returen kunde Harry Wilson enkelt nicka in 2-0 till bortalaget.
Några minuter senare ville Azerbajdzjan-spelarna ha straff när Dimitrij Nazarovs skott träffade en walesisk försvarares arm men domaren friade, dessutom varnades Nazarov för protest.
I 51:a minuten hade Wales ytterligare en boll i nät men målet blåstes av efter för tufft spel mot målvakten Balayev.
Drygt fem minuter senare hade Wilson chans att bli tvåmålsskytt när han drev in från vänsterkanten och drog iväg ett lågt avslut mot bortre stolpen men återigen räddade Balayev.
Real Madrid-stjärnan Gareth Bale hade en blek afton och byttes i 60:e minuten ut till förmån för Aaron Ramsey där Juventusstjärnan omgående fick en möjlighet utanför straffområdet men såg ut att halka till vid skottögonblicket.
Andra halvlek var till stora delar avslagen och den hetaste situationen var då Azerbajdzjans Rahimov stämplade Connor Roberts. Wilson var snabbt framme och hade åsikter om situationen och båda två varnades vilket också Javid Huseynov blev.
- Det var riktigt viktigt att vi kunde ta alla tre poäng och nu blickar vi mot tisdagens match. Vi kom hit i jakt på tre poäng och det lyckades vi med, säger Moore enligt Uefa.
I sista gruppspelsmatchen ställs Wales mot Ungern hemma där man har allt i egna händer då Kroatien besegrade Slovakien. Vid seger i tisdagskvällens match är Wales klart för EM i sommar.
Startelvor:
Azerbajdzjan: Balayev - Pashaev, Mustafazade, Huseynov, Krivotsyuk - Garayev, Almeida - Abdullayev, Nazarov, Rahimov - Sheydaev
Wales: Hennessey - Roberts, Mepham, Lockyer, Davies - Wilson, Ampadu - Bale, Morrell, James, Moore
Se höjdpunkterna från matchen i spelaren ovan.