接着大石继续积蓄力量，他是一个很有耐心的人。一直在东喀喇汗国边境游牧，等待机会。一直等了三年，打败他的东喀喇汗国大汗阿赫马德死了，他儿子易卜拉欣继位，这是一个无能之人。继位后，境内的葛逻禄和康里人趁机反叛，到处劫掠他的人口和牲口。易卜拉欣出了一个昏招，请在他边境游牧的契丹大军帮他平叛。耶律大石直接开进东喀喇汗国首都巴拉沙衮城，没有进城而是在城外游牧，并给这个地方改名为虎思斡耳朵，作为契丹汗庭。
东喀喇汗国请神容易送神难，在大石保证他继续统治，不进入巴拉沙衮城之后，易卜拉欣选择臣服大辽。耶律大石很轻易的就得到同为游牧部族的葛逻禄和康里人的归顺，控制了东喀喇汗国。
又等了三年，稳定统治。大石向境内各大城市和部落派去官员，不是管理他们，而是监督和催收税款。对于游牧部落，大石要求他们归附和提供士兵；对于定居的城市居民，要求他们缴纳税赋，一户一枚第纳尔金币，这种西域第纳尔，是贵霜帝国时代流传下来的形制，一枚金币重八克左右，相当于两个小平钱的重量，比流行于西亚的大食第纳尔重两倍左右。
对于宋国百姓来说，这绝对是非常沉重的税赋，可能会让大多数人破产，甚至富户都支持不了。因为两枚小平金，相当于二十几枚小平银，相当于二三十贯铜钱。可是对于西域那些绿洲城市居民来说，他们反而觉得很合理。后来回教史学家称之为轻税。在大石向这些城市保证不进城，让他们保持自治之后，他们都愿意归顺。之所以如此，是因为黄金在西域价值较低，这里盛产金沙，阿尔泰山别名金山。另外这里的绿洲城市，位于丝绸之路上，商业繁荣，城市居民主要是商人，更能承担赋税。
理顺了财政之后，大石开始进攻西喀喇汗国，进入河中地区，图谋费尔干纳盆地。因为大石领地里，始终缺乏大型农业基地，没有农业支撑，他养活不起太多人口。就好像没有燕云十六州，辽国就不可能控制草原一样。
这次大石轻易打败西喀喇汗国，但却没有乘胜追击，因为大石不想招惹西喀喇汗国的宗主国塞尔柱帝国。于是继续耐心控制地方，寻找西喀喇汗国的弱点，一直耐心等了四年。西喀喇汗国发生内乱，还是葛逻禄人作乱，西喀喇汗国派人向塞尔柱帝国求援。
葛逻禄人向大石归顺，塞尔柱帝国调兵十万，前来镇压。
这是一场争霸战，大石知道无法避免。错过这次良机，将不再有机会。所以决定接受葛逻禄人归附，试图避免大战，写信给塞尔柱帝国苏丹，请求他们不要攻打葛逻禄人。但塞尔柱苏丹桑贾儿威胁大石，让他改信回教。
战争不可避免，塞尔柱人集结兵力用了六个月时间，大石也在集结他的力量。其中包括从东方抽调力量，西域的部落，始终不值得信任。辽国时候，连草原部落都不信任，大石却必须依靠草原十八部，还得借用西域部落力量，他对自己部下的可靠性非常怀疑。
尤其是面对塞尔柱帝国，这是一个尚未衰落的回教帝国，占据着波斯、巴格达等地，实力强劲，大石不敢确信自己能击败对方。
由于这些年大石从李慢侯手里接受了五六万契丹人，他的可用兵力相对阔绰，没有可怜到用两万多人对抗塞尔柱的十万大军，大石动用的兵力高达四万，而且全都是可信的契丹人和燕云汉人，这四万精锐将塞尔柱的十万大军挤压进一处山谷，葛逻禄人从后方偷袭，最终在契丹铁骑的冲击下崩溃。
这就是卡特万之战，打的极其漂亮。很容易让人联想到唐朝跟大食爆发的但罗斯之战，因为都是东方势力和西方回教势力之间的争霸战争，而且都有葛逻禄人参与，不过这一次，葛逻禄人没有阵前倒戈，因为耶律大石是为他们而战。
耶律大石击败塞尔柱军队之后，原本的历史上，他依然很谨慎，占领西喀喇汗国的首都撒马尔干后，控制了费尔干纳盆地。之后派兵攻击绿洲国家花拉子模，在对方同意每年缴纳三万金币之后，就退出了哪里。大石两年后死去。此后西辽的扩张基本结束。
但这一次不知道是不是大石觉得自己力量足够雄厚，竟然希望追击塞尔柱帝国，想抢夺波斯和两河流域。
李慢侯并不觉得这是正确的，他觉得大石南下去夺取印度，可能是最理想的选择。但大石占领撒马尔干之后，追击的偏师轻易攻入呼罗珊，塞尔柱苏丹桑贾尔一味逃窜。桑贾尔的宰相、妻子被他生俘。
塞尔柱帝国处于一种崩溃的状态，从呼罗珊往西进攻巴格达也好，往南夺取波斯也好，都有良好的农耕地区。
这也许让大石燃起了复兴大辽的希望，决定不惜一切代价，夺取这些地区。