卡特萬之戰是西遼和葛邏祿與塞爾柱帝國聯軍於1141年9月9日在撒馬爾罕以北的卡特萬草原發生的戰爭。塞爾柱帝國聯軍慘敗，勢力退出河中地區，西遼成爲中亞霸主。卡特萬之戰也是繼751年怛羅斯戰役後，歷史上第二次東亞文明與伊斯蘭文明的對抗。
在戰場上，西吉斯坦貴族作戰英勇，但西遼軍隊中的葛邏祿人發揮了重要的作用，迫使桑賈爾的聯軍敗逃。桑賈爾和馬赫穆德逃奔至泰爾梅茲，桑賈爾的妻子、左、右翼統帥和伊斯蘭法學家布哈里均被俘虜。一種觀點認爲桑賈爾的聯軍中出現了起義，直接影響到了戰爭的結果。桑賈爾的聯軍損失慘重，士兵陣亡3萬人，僅達爾加姆峽谷就裝下1萬名死者。《遼史》記載塞爾柱帝國聯軍的陣亡者橫屍數十里。卡特萬之戰後，塞爾柱帝國的勢力退出河中地區，西遼成爲中亞霸主。耶律大石隨後率軍進入撒馬爾罕，立馬赫穆德之弟伊卜拉欣·伊本·穆海默德爲桃花石汗，繼續讓其統治西喀喇汗國。耶律大石還派大將額兒布思出兵花剌子模，在該地燒殺搶掠，迫使花剌子模沙阿阿拉丁·阿比茲向西遼臣服並且每年繳納價值3萬金第納爾的貨物和牲畜。耶律大石在撒馬爾罕駐紮90天后，至起兒漫(今烏茲別克斯坦卡尼梅赫鎮)巡行後班師返回虎思斡耳朵。
耶律大石的西征事蹟被傳到歐洲，正逢第二次十字軍東征，由於第二次十字軍東征中戰績低迷，埃德薩伯國依舊沒有收回，所以在歐洲流傳着東方世界有一位神祕的祭司王約翰，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征，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”，都是受耶律大石西征的影響。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爲“大石”。
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。伊本·艾西爾評價卡特萬之戰：在伊斯蘭的歷史上再沒有比這更大的戰爭，在呼羅珊也沒有比這更多的傷亡。魏特夫和馮家升指出：1137年和1141年是菊兒汗把勝利引向突厥斯坦西部的兩個里程碑，這兩次戰役積累的勝利果實，使他們建立起“偉大的喀喇契丹帝國”。自此“塞爾柱帝國不可挽救的失去了阿姆河以遠的地區”。
