宋遼對峙時期，西域地區最大的王國共有三個，即佛教國高昌和突厥化的伊斯蘭國哈剌汗（即黑汗）、花剌子模。其後哈剌汗分裂為東西兩部，西哈剌汗國和花剌子模國臣服於稱霸西亞的塞爾柱突厥國。
1137年，西哈剌汗馬合木向塞爾柱蘇丹桑賈爾寫信說，有一支來自東方的異教徒軍隊突然侵入他的國土，穆斯林遇上了前所未有的災難，請桑賈爾務必發兵救援。當時正是塞爾柱最為強盛的時期，蘇丹桑賈爾當然不會坐視西哈剌汗國所遭遇的危機，收到求援信後，他立刻召集呼羅珊、西吉斯坦等地的國王們，聚集10萬騎兵，浩浩蕩蕩向東開拔。據說僅整合和檢閱這些部隊，桑賈爾就花了整整六個月的時間。
1141年7月，聯軍渡過阿姆河，進入河中地區。馬合木汗稟報說，來自東方的異教徒並未繼續進攻，但國內葛邏祿突厥人發動叛亂，請求聯軍協助進剿。桑賈爾答應了馬合木汗的要求，向葛邏祿人發起進攻，葛邏祿人無力單獨對抗如此強盛的大軍，只得向統治東哈剌汗國的菊爾汗求救——這位菊爾汗，就是馬合木汗所提的來自東方的異教徒，他是一個契丹人，名叫耶律大石。
耶律大石（1087－1143，一說1094-1143），字重德，契丹族，西遼德宗，遼太祖耶律阿保機八世孫。通曉契丹、漢文字，擅長騎射，中亞史書中記為大石林牙，為西遼的創立者。1115年中進士，提升為翰林應奉，不久升任承旨。遼以翰林為林牙，所以稱之大石林牙。歷任泰、祥二州刺史，遼興軍節度使。1122年，金兵日益逼近，天祚帝流亡，大石與眾大臣立秦晉王耶律淳為帝。淳死，立其妻蕭德妃為太后，以守衛燕京。因勸阻天祚帝不要妄自出兵攻金，天祚帝不從，大石心中不能自安，於是殺死蕭乙薛、坡裡括，自立為王，率領鐵騎二百乘夜逃遁。1130（或1131）年二月甲午日，以青牛、白馬祭祀天地、祖宗，整頓隊伍向西進發。1134年三月建西遼，1141年率西遼軍隊在卡特萬戰役中擊敗十萬中亞聯軍，使塞爾柱帝國的勢力退出河中地區，確立了西遼在中亞的統治，1143年去世。
1124年二月，已經聚集了數萬兵馬的大石在葉密立（今新疆額敏）登基，稱天祐皇帝，年號延慶，同時按照西域的傳統，也稱葛爾汗，意為汗中之汗。此後，大石先後徵服高昌國和東哈剌汗國，領土向西擴展萬餘裡，終於和塞爾柱王朝發生了衝突。在收到葛邏祿人的求救信後，他寫信給正在西哈剌汗首都薩末犍（今烏茲別克斯坦撒馬爾罕）的桑賈爾，好言請他原諒葛邏祿人，退兵回國。然而桑賈爾正沉醉在自己強大的軍事力量中，不但不接受說情，反而叫大石歸附伊斯蘭教，否則就要發起進攻。他為了證明自己軍隊能使用各種武器，這樣比喻：「須知他們都能用自己的箭截斷鬚髮！」大石聽使者讀完回信，下令拔下使者的一綹鬍鬚，並且給他一根針，要他截斷來看看。使者不知所措，大石就說：「如果你不能用針截斷鬍鬚，另一個人怎麼能用箭來截斷鬍鬚呢？」於是親率混合了漢人、契丹人和突厥人的部隊，向西開入西哈剌汗境內。
雙方大軍如同兩道湍急的巨流般在薩末犍以北的卡特萬相撞。大石所部較少，部下看到敵軍有十萬之眾，武器精良，全都面有懼色。大石親自察看了地形後訓話說：「敵軍雖多，但勇而無謀，只要找準一點進攻，他們首尾不能兼顧，一定會敗退的。」於是在地勢險要的達爾加姆峽谷布陣，派六院司大王蕭斡裡剌、招討副使耶律松山等領兵2500人攻打聯軍右翼，樞密副使蕭查剌阿不、招討使耶律術薛等領兵2500人攻敵左翼，大石本人則攻擊敵軍中軍。
中亞聯軍的右翼是名將庫馬吉，左翼是西吉斯坦國王，中軍由桑賈爾親率，有經驗的老兵殿後。戰鬥在1141年九月九日正式展開，大石的軍隊越戰越勇，尤其剛歸附的葛邏祿人發揮了重要作用，首先破敵中軍，逼使桑賈爾駁馬逃走。主帥一走，聯軍立刻崩潰，大石於後追擊，殺敵三萬人，伏屍數十裡，桑賈爾的妻子、左右翼指揮官，以及著名的伊斯蘭法學家胡薩德·奧馬爾等全部被俘。
卡特萬之戰是對中亞歷史有重要影響的一場戰爭，它使西遼帝國和塞爾柱帝國對中亞地區的政治影響和相互關係發生了根本性的改變。時人都說卡特萬之戰，「在伊斯蘭教中沒有比這更大的會戰，在呼羅珊也沒有比這更多的死亡」。戰後，塞爾柱王朝勢力退出河中地區，迅速衰弱。大石徵服了西哈剌汗和花剌子模，定都虎思斡耳朵（今吉爾吉斯斯坦託克馬克），建立起一個疆域超過已經滅亡的遼朝和正在興盛的金朝的龐大帝國，中亞史上稱為哈剌契丹，中國史上叫做西遼。
耶律大石的西徵事跡，包括卡特萬之戰被傳到歐洲，正逢第二次十字軍東徵，由於第二次十字軍東徵中戰績低迷，埃德薩伯國依舊沒有收回，所以在歐洲流傳著東方世界有一位神秘的祭司王約翰，是基督教的捍衛者，甚至有狂熱的基督教徒因此勸說教皇發動第三次十字軍東徵，與祭司王約翰東西夾擊伊斯蘭教徒，俄語、阿拉伯語、拉丁語中中國的發音類似於「契丹」，都是受耶律大石西徵的影響。而耶律大石的名字也成了西遼帝國的代稱，在耶律大石死後，金、西夏、南宋等國家對西遼的後代君主皆稱為「大石」。