西遼自建都於虎思斡耳朵(今吉爾吉斯斯坦托克瑪克東南布拉納)後，國力蒸蒸日上。1134年，耶律大石征討金朝受挫，轉而繼續在中亞地區擴張。1137年，耶律大石率軍向察赤(今烏茲別克斯坦塔什干)、費爾幹納盆地及澤拉夫尚河流域進兵，同年5至6月，在忽氈(今塔吉克斯坦苦盞)遭到了西喀喇汗國可汗馬赫穆德·伊本·穆海默德的抵抗。西喀喇汗國戰敗，馬赫穆德敗逃回撒馬爾罕。這次戰敗使馬黑木二世的臣民感到震驚、驚恐和沮喪，但耶律大石並沒有繼續進兵。而馬黑木二世將忽氈戰役失敗的責任推卸給葛邏祿人，他強迫葛邏祿人離開撒馬爾罕邊境，並向舅父塞爾柱帝國蘇丹桑賈爾求援，但桑賈爾正忙於和花剌子模的戰爭，並未出兵幫助。
由於西遼在伊斯蘭世界的崛起以及東喀喇汗國臣服於西遼，這引起了塞爾柱帝國蘇丹桑賈爾的不滿。1141年，西喀喇汗國與葛邏祿人爆發衝突，馬赫穆德再次向宗主國塞爾柱帝國求援。桑賈爾動員伊斯蘭諸國參戰，集中了呼羅珊、西吉斯坦、伽色尼、馬贊德蘭、古爾等國的軍隊近10萬人，單單閱兵就耗費了半年時間。同年7月，桑賈爾率軍渡過阿姆河，進入河中地區。面對強大的敵軍，葛邏祿人急忙派使者向耶律大石求救。
耶律大石寫信給桑賈爾替葛邏祿人說情，但桑賈爾十分傲慢的回信命令耶律大石加入伊斯蘭教，並稱自己的軍隊能用箭截斷敵人的鬚髮。當耶律大石聽完桑賈爾的使者讀完書信後，下令拔下他的一撮鬍鬚，然後給他一根針讓他當場示範，使者不能做到。耶律大石說既然針不能截斷鬍鬚，那那個人又怎麼能用箭折斷鬚髮呢?於是下令進兵，雙方在撒馬爾罕以北的卡特萬草原對峙。西遼的軍隊中有契丹人、漢人和突厥人，數量遠少於桑賈爾的聯軍。耶律大石觀察了戰場的地形後，讓軍隊背靠達爾加姆峽谷安營。兩軍於1141年9月9日展開會戰，戰前耶律大石指出桑賈爾的聯軍人多少謀，如果全力進攻他們就會首尾不顧。耶律大石派六院司大王蕭斡裏剌、招討副使耶律松山等率兵2500攻打聯軍右翼，樞密副使蕭剌阿不、招討使耶律術薛等率兵2500攻打其左翼，耶律大石親率部隊攻打中軍;桑賈爾的聯軍右翼是埃米爾庫馬吉，左翼是西吉斯坦國王，他自己親率中軍，有戰鬥經驗的老兵殿後。
