西辽自建都于虎思斡耳朵(今吉尔吉斯斯坦托克玛克东南布拉纳)后，国力蒸蒸日上。1134年，耶律大石征讨金朝受挫，转而继续在中亚地区扩张。1137年，耶律大石率军向察赤(今乌兹别克斯坦塔什干)、费尔干纳盆地及泽拉夫尚河流域进兵，同年5至6月，在忽毡(今塔吉克斯坦苦盏)遭到了西喀喇汗国可汗马赫穆德·伊本·穆海默德的抵抗。西喀喇汗国战败，马赫穆德败逃回撒马尔罕。这次战败使马黑木二世的臣民感到震惊、惊恐和沮丧，但耶律大石并没有继续进兵。而马黑木二世将忽毡战役失败的责任推卸给葛逻禄人，他强迫葛逻禄人离开撒马尔罕边境，并向舅父塞尔柱帝国苏丹桑贾尔求援，但桑贾尔正忙于和花剌子模的战争，并未出兵帮助。
由于西辽在伊斯兰世界的崛起以及东喀喇汗国臣服于西辽，这引起了塞尔柱帝国苏丹桑贾尔的不满。1141年，西喀喇汗国与葛逻禄人爆发冲突，马赫穆德再次向宗主国塞尔柱帝国求援。桑贾尔动员伊斯兰诸国参战，集中了呼罗珊、西吉斯坦、伽色尼、马赞德兰、古尔等国的军队近10万人，单单阅兵就耗费了半年时间。同年7月，桑贾尔率军渡过阿姆河，进入河中地区。面对强大的敌军，葛逻禄人急忙派使者向耶律大石求救。
耶律大石写信给桑贾尔替葛逻禄人说情，但桑贾尔十分傲慢的回信命令耶律大石加入伊斯兰教，并称自己的军队能用箭截断敌人的须发。当耶律大石听完桑贾尔的使者读完书信后，下令拔下他的一撮胡须，然后给他一根针让他当场示范，使者不能做到。耶律大石说既然针不能截断胡须，那那个人又怎么能用箭折断须发呢?于是下令进兵，双方在撒马尔罕以北的卡特万草原对峙。西辽的军队中有契丹人、汉人和突厥人，数量远少于桑贾尔的联军。耶律大石观察了战场的地形后，让军队背靠达尔加姆峡谷安营。两军于1141年9月9日展开会战，战前耶律大石指出桑贾尔的联军人多少谋，如果全力进攻他们就会首尾不顾。耶律大石派六院司大王萧斡里剌、招讨副使耶律松山等率兵2500攻打联军右翼，枢密副使萧剌阿不、招讨使耶律术薛等率兵2500攻打其左翼，耶律大石亲率部队攻打中军;桑贾尔的联军右翼是埃米尔库马吉，左翼是西吉斯坦国王，他自己亲率中军，有战斗经验的老兵殿后。