Từ những năm đầu của thế kỷ 21, hai nước đã cùng nhau phát triển các dự án khai thác dầu khí tại Biển Đông, khu vực có tiềm năng dầu khí lớn. Sự hợp tác này đã góp phần củng cố tình hữu nghị và sự tin tưởng giữa Nga và Việt Nam trong việc tận dụng tài nguyên dầu khí và bảo vệ chủ quyền lãnh thổ của cả hai nước.

Một trong những dự án đáng chú ý nhất là dự án khai thác dầu khí ở vùng biển Cái Thái, do một liên doanh giữa các công ty dầu khí của Nga và Việt Nam thực hiện. Dự án này đã mang lại nguồn thu nhập ổn định cho cả hai nước và đóng góp vào sự phát triển kinh tế và xã hội. Ngoài ra, việc chia sẻ kỹ thuật và kinh nghiệm giữa hai bên cũng đã nâng cao năng lực và hiệu suất trong việc khai thác dầu khí.