Selepas kejatuhan Constantinople kepada tentera Perang Salib Ke-4 pada tahun 1204, Empayar Byzantine kehilangan penguasaannya ke atas sebahagian besar wilayahnya. Kekacauan politik yang menyusul turut mengubah kedudukan Antalya, sebuah pelabuhan penting di pesisir Mediterranean yang sebelum itu berada di bawah pemerintahan Byzantine. Bandar tersebut kemudian jatuh ke tangan seorang bangsawan Itali bernama Aldobrandino.
Kaykhusraw I melihat Antalya sebagai sasaran strategik kerana kedudukannya sebagai pelabuhan perdagangan yang menghubungkan Anatolia dengan Mediterranean. Beliau melancarkan serangan terhadap bandar tersebut sekitar tahun 1206, tetapi menghadapi tentangan daripada Aldobrandino yang mendapat bantuan ketenteraan daripada Kerajaan Cyprus.
Tentera Cyprus yang dihantar oleh pemerintahnya berjaya membantu mempertahankan bandar tersebut, memaksa tentera Seljuk berundur buat sementara waktu. Walau bagaimanapun, Kaykhusraw tidak meninggalkan hasratnya untuk menguasai pelabuhan itu.
Peluang muncul apabila berlaku perselisihan antara pemerintah Latin dengan penduduk tempatan yang majoritinya terdiri daripada masyarakat Kristian berbahasa Greek. Penduduk tersebut tidak berpuas hati dengan pemerintahan Aldobrandino dan mendapatkan bantuan Kaykhusraw.
Dengan sokongan mereka, tentera Seljuk melancarkan serangan semula dan berjaya menawan Antalya pada 5 Mac 1207. Kemenangan ini memberikan Kesultanan Rum pelabuhan pertamanya yang penting di pesisir Mediterranean, sekali gus mengubah kedudukan kerajaan yang selama ini berpusat di pedalaman Anatolia.
Selepas penaklukan, Kaykhusraw I melantik Mübarizeddin Ertokuş sebagai gabenor dan panglima tentera yang bertanggungjawab menguruskan bandar tersebut. Pentadbiran baharu turut memperkenalkan institusi Islam melalui pelantikan kadi, imam dan pegawai agama. Sebuah masjid dibina sebagai sebahagian daripada usaha membentuk identiti baharu bandar di bawah pemerintahan Seljuk.
Penguasaan Antalya membawa perubahan besar kepada perkembangan ekonomi Kesultanan Rum. Kaykhusraw I mula menjalinkan hubungan perdagangan dengan pedagang Eropah, termasuk dari Venice dan Pisa, serta mengadakan perjanjian perdagangan dengan pihak Latin.
Beliau turut mengarahkan pembayaran pampasan kepada pedagang yang pernah kehilangan barangan akibat rompakan sebelum penaklukan bandar tersebut. Pelabuhan Antalya kemudiannya menjadi pusat perdagangan yang menghubungkan Anatolia dengan Cyprus, Mesir dan kawasan Mediterranean yang lebih luas.
