卡特万之战是西辽和葛逻禄与塞尔柱帝国联军于1141年9月9日在撒马尔罕以北的卡特万草原发生的战争。塞尔柱帝国联军惨败，势力退出河中地区，西辽成为中亚霸主。卡特万之战也是继751年怛罗斯战役后，历史上第二次东亚文明与伊斯兰文明的对抗。
在战场上，西吉斯坦贵族作战英勇，但西辽军队中的葛逻禄人发挥了重要的作用，迫使桑贾尔的联军败逃。桑贾尔和马赫穆德逃奔至泰尔梅兹，桑贾尔的妻子、左、右翼统帅和伊斯兰法学家布哈里均被俘虏。一种观点认为桑贾尔的联军中出现了起义，直接影响到了战争的结果。桑贾尔的联军损失惨重，士兵阵亡3万人，仅达尔加姆峡谷就装下1万名死者。《辽史》记载塞尔柱帝国联军的阵亡者横尸数十里。卡特万之战后，塞尔柱帝国的势力退出河中地区，西辽成为中亚霸主。耶律大石随后率军进入撒马尔罕，立马赫穆德之弟伊卜拉欣·伊本·穆海默德为桃花石汗，继续让其统治西喀喇汗国。耶律大石还派大将额儿布思出兵花剌子模，在该地烧杀抢掠，迫使花剌子模沙阿阿拉丁·阿比兹向西辽臣服并且每年缴纳价值3万金第纳尔的货物和牲畜。耶律大石在撒马尔罕驻扎90天后，至起儿漫(今乌兹别克斯坦卡尼梅赫镇)巡行后班师返回虎思斡耳朵。
耶律大石的西征事迹被传到欧洲，正逢第二次十字军东征，由于第二次十字军东征中战绩低迷，埃德萨伯国依旧没有收回，所以在欧洲流传着东方世界有一位神秘的祭司王约翰，是基督教的捍卫者，甚至有狂热的基督教徒因此劝说教皇发动第三次十字军东征，与祭司王约翰东西夹击伊斯兰教徒，俄语、阿拉伯语、拉丁语中中国的发音类似于“契丹”，都是受耶律大石西征的影响。而耶律大石的名字也成了西辽帝国的代称，在耶律大石死后，金、西夏、南宋等国家对西辽的后代君主皆称为“大石”。
卡特万之战是对中亚历史有重要影响的一场战争，它使西辽帝国和塞尔柱帝国对中亚地区的政治影响和相互关系发生了根本性的改变。伊本·艾西尔评价卡特万之战：在伊斯兰的历史上再没有比这更大的战争，在呼罗珊也没有比这更多的伤亡。魏特夫和冯家升指出：1137年和1141年是菊儿汗把胜利引向突厥斯坦西部的两个里程碑，这两次战役积累的胜利果实，使他们建立起“伟大的喀喇契丹帝国”。自此“塞尔柱帝国不可挽救的失去了阿姆河以远的地区”。