Armeniens premiärminister Nikol Pasjinjan skriver i ett meddelande på Facebook att avtalet är "outsägligt smärtsamt för mig personligen och för vårt folk", men att beslutet fattats efter en analys av det aktuella läget i de pågående striderna.
Bara någon timme efter det att avtalet skrivits under samlades tusentals demonstranter utanför den armeniska regeringsbyggnaden i huvudstaden Jerevan. Ögonvittnen uppger för nyhetsbyrån AFP att några hundra av dem stormade regeringsbyggnaden, krossade rutor och förstörde flera kontor.
Femårigt mandat
Avtalet trädde i kraft efter midnatt natten mot tisdag lokal tid. Enligt Putin – vars Ryssland har en militär pakt med Armenien – innebär det nya avtalet totalt eldupphör i den omstridda regionen. För att övervaka att överenskommelsen hålls skickar Moskva en vad man kallar en fredsbevarande styrka om cirka 2 000 soldater till Nagorno-Karabach, med ett femårigt mandat.
Enligt Azerbajdzjans president Ilham Aliyev ska även turkiska soldater ingå i styrkan, men det nämns inte i avtalet. Turkiet är Azerbajdzjans allierade i konflikten med Armenien.
Det nya avtalet skulle, om det håller, sätta punkt för en sex veckor lång väpnad konflikt. Mellan 1 000 och 1 200 personer har bekräftats döda på grund av konflikten, men antalet dödsoffer tros vara högre.
I måndags bekräftade det Armenienstödda styret i Nagorno-Karabach förlusten av den strategiskt viktiga orten Sjusja, efter att till en början ha förnekat det.
Aliyev utropade nyheten redan i söndags, varpå folkmassor samlades på gatorna i den azeriska huvudstaden Baku och viftade med flaggor. Sjusja ligger på en höjd ovanför den största orten Stepanakert och azeriska styrkor uppgavs ha siktet inställt på den.
Rysk helikopter sköts ner
Tidigare i måndags kväll uppgav ryska och armeniska myndigheter att en rysk militärhelikopter hade skjutits ned i Armenien, i närheten av orten Jerash, som ligger nära gränsen till den azeriska exklaven Nachitjevan.
Strax efter det att nedskjutningen tillkännagivits klev Azerbajdzjan fram och tog på sig ansvaret. Landets utrikesdepartement uppger att det skedde av misstag och förde på kvällen fram en ursäkt till Ryssland med erbjudande om ekonomisk gottgörelse.
Två personer dödades och en skadades i nedskjutningen.