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。
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