确如金朝所料，耶律大石政权经过五年生聚，军事实力已经相当强大，决定向外发展。在正式行动之前，耶律大石和他的臣下对四周国家作了周密的调查研究，并进行过军事试验。光复旧疆，重建契丹帝国，固然是他和他的臣下最为向往的，也是神圣的事业，但严酷的事实告诫他们此路不通：新兴的大金帝国在政治、经济和军事上都处于上升时期，其实力大大超过他们，金军的进攻虽然半途而返，但不等于他们失败，更不等于他们无防御能力。但是，当时中亚的情况完全相反，高昌回鹘王朝、哈喇汗王朝经过几个世纪的发展，已进入衰落时期。耶律大石政权决定先向西发展，扩大领域，建立更为雄厚的物质基础，然后再来征服金朝，“复我疆宇”。
定都八剌沙衮：威震中亚的菊儿汗
从隋唐时期开始，突厥民族对新疆乃至中亚的历史进程产生了重要影响。突厥是公元6～8世纪活跃于中国西北和北方草原的古代游牧民族。公元552年突厥首领土门打败柔然，以漠北为中心建立政权，尔后分裂为东西两部，为争夺汗权争斗不休。8世纪中叶，东、西突厥汗国相继灭亡，其后裔融入了其他民族之中。
公元840年，大批回鹘人进入新疆。回鹘，原称回纥，是铁勒（中国古族名）诸部之一，最初活动于色楞格河和鄂尔浑河流域，后迁居土拉河北。公元744年，发展壮大了的回鹘于漠北建立政权，并两次出兵帮助唐朝中央政权平息藩镇叛乱。公元840年，回鹘汗国因受自然灾害侵袭、统治集团内讧及黠戛斯（中国古族名）的进攻等原因而崩溃，其部众大多向西迁徙。其中一支迁往今吉木萨尔和吐鲁番地区，后建立高昌回鹘王国；另外一支迁往中亚草原，分布在中亚至喀什一带，与葛逻禄、样磨等民族一起建立了哈喇汗王朝。在耶律大石到达这里之前，塔里木盆地周围地区受高昌回鹘王国和哈喇汗王朝统治，当地的居民和西迁后的回鹘互相融合，为后来维吾尔族的形成奠定了基础。
耶律大石西进，首先要经过新疆，从当时的情况看，他并不是打算长期占据这个地方，只是想把这里当作一个自己来往于中西之间的重要通道而已。
于是他先给高昌回鹘可汗毕勒哥写了信，阐明是借道去大食。毕勒哥可汗亲自迎接耶律大石到其宫中大宴三日，送羊3万只、骆驼100匹、马600匹，并同意归附。耶律大石的西征部队离开回鹘汗国后的活动，中原的著录极少，但在一些中亚人的零散记录中，还可以得到一些信息。“他们抵达吉利吉思国，向该地区的部落发动进攻，后者也反过来袭扰契丹人。他们从那里征兵，直到他们来到叶密立，在这里，他们建筑了一座其基址至今尚存的城市。这儿有很多突厥人和部落大量集合在菊儿汗身边，以致他们达到四万户。”（《世界征服者史》）“据述叙，当女真国王进攻哈剌契丹国王并灭亡他的时候，哈剌契丹有一位有势力的艾米尔，名叫图西大夫，从那里（契丹）逃出来，进入吉尔吉斯、维吾尔地区和突厥斯坦。他是一位聪明而又很有才能的人。他用适当的方式从这些地区为自己集募了一支军队，并统治了整个突厥斯坦。（因此）他号称菊儿汗，即伟大的国王。这一事件发生在伊斯兰历五二二至五二三年（1128～1129）的月份中。”（《史集》，苏联科学院俄译本，第1卷第2册，第78～79页）“在五二二年（1128），独眼菊儿汗带着大量（军队），只有真主才知道多少，到达喀什噶尔的边界，喀什噶尔统治者，即伊尔汗阿赫马德·伊本·哈桑，武装起来反对他。他集合自己的军队，向他进发。他们相遇就发生了战斗，独眼菊儿汗被击溃，他的许多拥护者被杀死。”（《全史》）
上引伊斯兰史料，尽管在年代上有差误，但却是我们推断耶律大石在中亚活动的重要依据。根据这些史料，耶律大石的军队离开别失八里后，首先进入吉尔吉斯境内，受到他们的抵抗，但似乎并没有发生重大的战争，这可能与耶律大石的基本战略思想有关：保存实力，待机而动。他率领部队西进，进兵哈喇汗国，轻易打败了哈喇汗国的零星抵抗，在额敏河流域筑起叶密立（今新疆额敏县）城作为根据地，招抚当地各部族，户数达到四万。疆域空前扩大，东起土拉河，西到额敏河，连成一片。
公元1132年2月5日，为了维系人心，继续契丹的帝系，在文武百官的拥戴下，耶律大石在新修的叶密立城正式称帝。又按突厥部族习惯，号称菊儿汗，意为“大汗”或“汗中之汗”（《伊斯兰百科全书》）。群臣又上汉语尊号“天志皇帝”，建元延庆。追祖父为嗣元皇帝，祖母为宣义皇后，册元妃萧氏为昭德皇后。契丹帝国终于在遥远的西陲再次复兴。
1134年年初，耶律大石应东部哈喇汗王朝汗伊卜拉欣之请，西进七河流域东部哈喇汗国的都城八剌沙衮，以助其抵御葛逻禄和康里的侵扰。可是对东部哈喇汗王朝来说，这无疑是引狼入室之举，当外敌被击退后，耶律大石将伊卜拉欣降封为伊利克·伊·土库曼（土库曼王），只把喀什噶尔与和阗一带留给东部哈喇汗王朝，并使之成为自己的附庸国，而将其首都八剌沙衮地区攫为己有。
八剌沙衮位于楚河谷地，左山右川，平地广袤，气候适宜，土地肥沃，水源充沛，农桑发达，瓜果繁多，盛产葡萄美酒。耶律大石得此“善地”，即定都于此，并改地名为虎思斡耳朵（契丹语：强有力的宫帐），又逐渐向周围的城邑派遣了管民官。又改延庆三年为康国元年（1134）。从此，西辽一直定都在虎思斡耳朵。
西辽的统治巩固后，连年对外作战，扩展了它的领域。
耶律大石在八剌沙衮定都之后，经过几年的休养生息，终于在这片土地上站稳了脚跟。这时，十年前故土沦丧的景象再度出现在耶律大石的眼前，日日夜夜地提醒着他，东征复国的梦想尚未实现。
为了实现“中兴”，实现恢复契丹帝国宏伟大业的夙愿，耶律大石以六院司大王萧斡里剌为兵马都元帅，率领七万骑兵东征。出征前，大石誓师说：“我率领你们远至朔漠，是期望恢复大业。”西辽兵东至喀什喀尔，这里原有契丹帝国的汉军和契丹兵驻扎，西辽军至，即相率归服。西辽军进而征服了和阗。但在继续进军时，可能由于沙漠的阻隔，东行万余里无所得，牛马多死，难以前进，敌人尚未看到，大军却已经疲惫不堪。思虑了许久，在不得已之下，主帅萧斡里剌只得向战士们宣布班师回朝。
耶律大石筹备十年的复国之梦，就这样破灭了。在宫帐中等待捷报的他听到大军行程万里，一无所获，只得叹云：“皇天弗顺，数也。”
摧毁塞尔柱帝国：耶律大石的巅峰绝唱
东征的失利，迫使耶律大石暂时放弃了收复旧土的念头，但他无疑是一位合格的统治者，不仅仅是因其坚毅的性格，他还有灵活的手腕，以及宽仁的心，他更懂得何时应进取，同样他也懂得如何休养生息。
在定都八剌沙衮的这段时间里，他的统治极有效率，在西辽的土地上，没有了沉重的赋税，消失了劫掠的匪徒，数年间，百业兴旺，牲畜肥壮，无论是往来的商旅还是耕种的庶民，此时都传颂着耶律大石的美名。到处都是蒸蒸日上的景象。这一次，大石决定西进，去开拓契丹人新的疆土，即使不能回到东方，也要在这里将契丹人的威名传遍四方，将契丹人的统治扩大到中亚。这时，塞尔柱王朝成了耶律大石最大的障碍。
1137年西辽军队开始了第二阶段的向外扩展。它首先进入费尔干纳谷地，在这里大概没有遇上什么抵抗，遂继续向西推进，到达和毡。在这里遇上了西部哈喇汗王朝大汗马赫穆德·伊本·穆罕默德的抵抗。据伊本·阿西尔记载，伊斯兰历五三一年（公元1137年5～6月）两军交战，西部哈喇汗王朝军队被击溃，大汗马赫穆德逃回撒马尔罕。“严重地震惊了它的居民，恐慌和沮丧加重，单等着早上或晚上灾难（的降临）。其他城的居民也是这样。”然而西辽军却没有乘胜前进，而是停下来巩固他们新占领的阵地，等待更好的战机。
当时的西部哈喇汗王朝是塞尔柱王朝的附庸，公元1130年，塞尔柱王朝苏丹桑贾尔再度占领撒马尔罕，加深了西部哈喇汗王朝的从属地位。公元1138年，桑贾尔又同另一个附庸花剌子模沙赫阿此兹发生武装冲突。先是桑贾尔进兵花剌子模，把沙赫阿此兹打败；但桑贾尔撤军后，阿此兹的势力迅速恢复，并于伊斯兰历五三四年（1139～1140）攻占布哈拉，俘虏并处死了该城总督。
公元1141年在河中地区又爆发了西部哈喇汗王朝与作为王朝军事力量的主要组成部分的葛逻禄人之间的经常性冲突。西部哈喇汗王朝大汗马赫穆德向塞尔柱苏丹桑贾尔求援。在此之前，马赫穆德汗被西辽打败逃回撒马尔罕后，已经向苏丹桑贾尔派出使臣求援，告诉他穆斯林遇上的灾难，鼓动他保卫穆斯林。而周边其他国家的国王们也都带兵加入了苏丹桑贾尔的部队。桑贾尔集中了十万多骑兵，光军事检阅就用了六个月的时间。他率领大军于公元1141年7月渡过阿姆河，开进河中地区。当他听到马赫穆德汗关于葛逻禄人的诉说后，便向葛逻禄发起进攻。
葛逻禄人也派人向菊儿汗耶律大石求援。耶律大石给驻扎在撒马尔罕的塞尔柱苏丹桑贾尔写信，为葛逻禄人说情，请他原谅他们。然而桑贾尔不但没有接受说情，反而写信叫耶律大石接受伊斯兰教，否则就要用武力解决。据伊木·阿西尔记载，桑贾尔这样陶醉于自己军队的实力：他在描述他的军队能用各种武器战斗之后说，“须知他们用自己的箭截断须发”。这样高傲的态度，连宰相都认为过于自大。但苏丹桑贾尔不听劝告，还是把信送了出去。当耶律大石听使臣读完信后，下令拔下他一缕胡须，给他一支针，让他截断自己的一根胡须，使臣自然没有完成。于是耶律大石说：“如果你不能用针截断胡须，那么什么人能用箭截断胡须呢？”
桑贾尔北渡阿姆河。耶律大石则带领契丹人、突厥（包括葛逻禄）人和汉人组成的西辽部队，进军撒马尔罕。1141年9月9日，两军在撒马尔罕北面的卡特万草原相遇，相距二里许。
卡特万一战是西辽定国之最关键一战。这场战斗虽然史料记载甚少，但战斗过程绝对精彩，是一个以少胜多的经典战例。
战争的过程大致是这样的：战斗爆发前，桑贾尔将自己的部队分为左右中三路，自己亲自率领中军，其卫队及后勤辎重压后，西吉斯坦国王指挥左翼，右翼由桑贾尔的宰相指挥。面对强敌，耶律大石仔细观察了对手的布阵情况后，也将自己的部队分为三路，两翼各有2500名西辽精兵。
战场地形是一个依山的草原，西辽军队的背后是山脉，有一道长长的峡谷。耶律大石充分利用了这道峡谷，将自己的中军布置在峡谷的前方。战斗开始后，双方的中军出现僵持。桑贾尔的左翼西吉斯坦国王指挥的部队插入西辽军队中军与侧翼之间。耶律大石的中军和自己的左翼被迫向左移动，这样西辽军队的阵营就出现了一个缺口。
桑贾尔的部队对准缺口猛攻，似乎突破了西辽人的阵营。但这个胜利是短暂的，因为被分割开的西辽军队右翼2500名骑兵已经迂回到桑贾尔空虚的左翼，西辽左翼的骑兵则迂回到桑贾尔的后方去攻击其后卫，而耶律大石带领的西辽主力被挤压向左回旋时，恰好攻击了桑贾尔阵营的右翼。这样战场上就出现了西辽正面洞开，而桑贾尔三面受敌的格局。
桑贾尔的部队在战斗中受到压迫，只能向前继续挺进。前方正是耶律大石看中的那条峡谷。在桑贾尔的部队被挤压进峡谷时，这时候没有资料记载有没有部队在峡谷的尽头堵住了他们，也没有提及耶律大石是如何消灭被挤压进峡谷的对手的。总之，最后桑贾尔的部队有数万人在这条小峡谷内被杀，西吉斯坦国王、桑贾尔的宰相和妻子被俘。桑贾尔带着残兵侥幸夺路而逃。
此战后，桑贾尔一蹶不振，几年后被叛军囚禁，曾经纵横中亚的塞尔柱王国就此消亡。耶律大石成功地征服了西哈喇汗王朝，达到了他事业的顶峰。
卡特万会战，在中亚史上是一次著名的战役。伟大的穆斯林史学家伊本·阿西尔说：“在伊斯兰教中没有比这更大的会战，在呼罗珊也没有比这更多的死亡。”可见其在西方的影响。当时在中东，正是十字军东征时期，卡特万战役后，在中东盛传东方一位信奉基督的约翰王打败了哈里发。这位传说中的约翰王，目前西方史学者都认为应当是指喀喇契丹人中的菊儿汗，也就是西辽的耶律大石。
耶律大石乘胜接着出兵塞尔柱王朝的另一个附庸国花剌子模。西辽军队在那里屠杀人民，洗劫村落，迫使花剌子模沙赫阿此兹派出使臣，表示愿效忠菊儿汗并交纳年贡三万金狄纳尔及其他贡品（《世界征服者史》）。按照这些条件缔结和约后，西辽军队撤军。这大概就是《辽史》记载的“回回国王来降，贡方物”。
不过，征服花剌子模已经是耶律大石最后的绝唱了。1143年，西辽康国十年，戎马一生的耶律大石终于走到了人生的尽头，在八剌沙衮的宫帐中去世，终年56岁。
