由於帶領金軍偷襲天祚帝的行營，耶律大石徹底得到了金人的信任，被任命為金軍的都統，隨金人一起去討伐天祚帝。但是耶律大石不是耶律余睹，他身在金營，卻時時盼望能逃回夾山。一天，他與完顏宗翰一起下雙陸棋，耶律大石尤善此道，當時他喝了不少的酒，所以不知禮讓，完顏宗翰連連輸棋，心中忿恨，生出殺死耶律大石之心，卻不露聲色。善於察顏觀色的耶律大石瞧出了端倪，嚇出了一身冷汗，酒一下子醒了八分，心中萬分懼怕，於是趕忙對完顏宗翰恭敬有加。
晚上回到營帳後，耶律大石帶上他的五個兒子連夜逃走。第二天，完顏宗翰準備好兵丁，欲殺耶律大石。但是天近中午也不見耶律大石的蹤影，完顏宗翰便派人來問，耶律大石的妻子說："昨晚大石因飲酒過多忤逆了大人，回來後畏罪而逃了。"
完顏宗翰大怒，將她許配給軍中地位最卑賤者，耶律大石的妻子不肯屈服，張口大聲謾罵，完顏宗翰下令將其亂箭射死。
一心報國的耶律大石在被捕四個月後，率領七千餘名騎兵，重新回到了夾山。
在夾山逃亡的天祚帝聽說完顏阿骨打病死了，興奮異常。哈哈，他到死也沒有抓到我，天祚帝心裡甭提多高興啦。
天祚帝長期處於逃跑的狀態，可以說經常做有氧運動，身體就是比南征北戰的完顏阿骨打好。
天祚帝因耶律大石率軍來歸，又得到陰山室韋謨葛失發來的援軍，以為是上天助遼復興，於是決定出兵收復燕雲失地。此時，耶律大石吸取上次的教訓，極力勸阻："當年金人初陷長春、遼陽，陛下不積極準備迎戰，卻逃到中京；金人攻陷上京，陛下又逃到燕京；中京淪陷後，陛下則逃到西京；最後西京落入金人之手，陛下則逃到夾山。陛下一向不以全國之兵以拒金賊，從而使全國大半疆土盡為金人所有。現在陛下只剩夾山一隅之地，國勢衰微，應當休養生息，養精蓄銳，待軍強馬壯再相機而動，故此千萬不要再輕舉妄動。"
剛愎自用的天祚帝勃然大怒："朕看你是一朝被蛇咬，十年怕井繩。金主完顏阿骨打已死，金兵軍心不穩，恰是我大遼出兵重掌天下之機，你若貪生怕死，朕願一人去討伐金賊，以雪亡國之恨！"
耶律大石說："若此時草草出兵，則是自尋死路。"
耶律大石文武雙全、有膽有識，空有一腔愛國熱情，卻遇上耶律延禧這麼一個皇帝。
天祚帝拒不接受耶律大石的建議，堅持出兵，君臣矛盾激化，不歡而散。
耶律大石作為人臣卻很難容於君主。他知道天祚帝常有殺他之心，所以心中惴惴不安。回到營中，想到大漠西北一些邊遠的部落還是遼國舊地，若能攏絡西北諸部，便有復興遼國的可能。但是昏庸無道的天祚帝報仇心切，實在不可與之共謀大計。於是，耶律大石召來手下的幾個親信將領，將自已的打算合盤托出，得到了他們的一致贊同。
耶律大石率領屬下的二百多名忠心效命的將士，乘夜間偷偷離營。這一天的夜晚，月明星稀，涼風刺骨，不時傳來貓頭鷹"嘎嘎"的叫聲。突然前方有一隊人馬攔住去路，原來是北院樞密使蕭乙薛和部將坡裡括正帶著人馬在此巡邏。
蕭乙薛見是耶律大石，狐疑地問道："大石將軍此去有何公幹？夜間出營，是否有陛下的令牌？"
耶律大石見無法隱瞞，便直言說道："陛下不聽我的勸告，執意東征，我只好另去西北，為手下將士謀一條生路。將來若能東山再起，便可復興大遼，也不枉為太祖的子孫。"
蕭乙薛冷笑說："如此說來，你是要叛逆陛下了？"
耶律大石說："良禽擇木而棲，忠臣擇明君而事。今日之舉，實出無奈。若你有意，則可同行，將來共圖大業。"
蕭乙薛則怪笑不已："自古有言，忠臣不事二主，我乃堂堂樞密使，豈能與你等鼠輩小人為伍？"
耶律大石見狀，大手一揮，手下二百多名將士一擁而上，將蕭乙薛、坡裡括等人殺死。耶律大石立即率人連夜逃走。所過之處皆為平沙廣漠，寸草不生，大風襲來，揚塵瀰漫，對面不辨顏色。連綿的沙丘，根本沒有水源，誤入此地的人多被渴死。耶律大石率領著手下人馬，苦熬了三天三夜，九死一生，才度過這片死亡之地。
耶律大石帶領人馬涉過黑水後，白達達的詳穩床古兒來到軍中，獻馬四百匹，駝二十隻，羊若干。然後一直向西行到鎮州可敦城，鎮州是遼西北路招討司所在地。
耶律大石於北庭都護府駐軍，並召集威武、崇德、會蕃、新、大林、紫河、駝等七州及大黃室韋、敵剌、王紀剌、茶赤剌、也喜、鼻骨德、尼剌、達剌乖、達密裡、密兒紀、合主、烏古裡、阻卜、普速完、唐古、忽母思、奚的、糾而畢等十八部大王，號召他們同心協力，共同抵禦金軍，遂得精兵萬餘。
耶律大石對他們說："我祖宗艱難創業，歷世九主，歷年二百。金以臣虜，逼我國家，殘我黎庶，屠翦我州邑，使我天祚皇帝蒙塵於外，日夜痛心疾首。我今仗義而西，欲借力諸蕃，翦我仇敵，復我疆宇。惟爾眾亦有珍我國家，憂我社稷，思共救君父，濟生民於難者。"
鎮州周圍地區，有水草豐美的牧場，有遼代屯軍開墾的農田，耶律大石亦農亦牧，實力迅速發展。他一面聯合西夏，一面與南宋溝通，成為抗金復遼的一面旗幟。金太宗即位之初，不敢冒然出兵征討，只敕西南、西北路將領嚴防死守，防止大石與西夏聯合。金天會七年，耶律大石結束休整，開始向外發展，攻佔了金朝北部二營，並將天祚帝在西部群牧的數十萬匹御馬據為己有。
耶律大石的壯大引起了金朝的重視。泰州都統婆盧火向朝廷報告："耶律大石已得北部二營，恐其軍勢強大，應當屯兵駐守，或派兵征討，以絕後患！"
金天會八年，金太宗遣降將耶律余睹、石家奴、拔離速等前來追討，進至烏納水，不戰而還。
耶律大石清醒地認識到，新興的大金帝國在政治、經濟、軍事上都處於上升時期，實力大大超過了他們，金軍的進攻雖然半途而返，但不等於他們失敗，更不等於他們沒有防禦能力。但是，當時中亞的情況恰好相反，高昌回鶻王朝、哈喇汗王朝經過幾個世紀的發展，已進入衰落時期。耶律大石決定先向西發展，擴大領域，建立更為雄厚的物質基礎，然後再來征服金朝，收復大遼疆域。
耶律大石以可敦城、古回鶻城為中心，向西北謙河地區推進，遭到當地黠戛斯人的抵抗。於是他又向西發展，越過阿爾泰山，進入額爾齊斯河，在葉密立（今新疆額敏縣）修築城池，招撫當地部族，前來投靠者已有四萬戶之多，這當中有一些是為哈喇汗國守邊的遼國人。第二年二月，耶律大石以青牛白馬祭天地、祖宗，整軍繼續向西而行，進軍哈喇汗國。行前，他致書高昌回鶻國的國王畢勒哥，追述契丹與回鶻先世之好，表明了借道西進的意圖。受到了回鶻王畢勒哥的歡迎。畢勒哥親自將耶律大石迎到他的府邸，大宴三日。臨別時，畢勒哥獻馬六百匹，駝一百匹，羊三萬隻，一直送到回鶻的境外。並願意以子孫為質，世代為耶律大石的附庸。
耶律大石行兵萬里，所過之處，敵者勝之，降者安之。歸者數國，軍勢日盛，銳氣百倍。並獲駝、馬、牛、羊、財物，不可勝計。
金天會九年，耶律大石在東西兩線同時與金國和哈喇汗國交戰，東線取得勝利，保衛了漠北；西線沒有取得進展，但卻牢牢地控制了葉密立。
二月五日，文武百官在起兒漫擁立耶律大石為帝，號菊兒汗。尊號為天祐皇帝，改元延慶。重建大遼政權，史稱西遼，阿拉伯史學家稱為哈剌契丹。
此時耶律大石年方三十八歲，追祖父為嗣元皇帝，祖母為宣義皇后，冊元妃蕭氏為昭德皇后。耶律大石對百官說："朕與卿等行三萬里，跋涉沙漠，夙夜艱勤。賴祖宗之福，卿等之力，冒登大位。爾祖爾父宜加恤典，共享尊榮。"
耶律大石在起兒漫鞏固地位之後，兩次率軍南下，高昌回鶻投降了西遼，成了一個附庸國。耶律大石隨後陳兵哈喇汗朝邊境。此時東哈喇汗朝的大汗是伊卜拉欣，此人軟弱無能，竟派使者去邀請耶律大石到他的都城八喇沙袞，以助其抵禦葛邏祿和康裡的侵擾。這對東哈喇汗王朝來說，無疑是引狼入室，當外敵被擊退後，耶律大石將易卜拉欣降封為"土庫曼王"，只把喀什噶爾與和闐一帶留給東哈喇汗王朝，使之成為西遼的附庸國，而將八喇沙袞攫為已有。
八喇沙袞位於楚河谷地，左山右川，廣袤千里，土地肥沃，宜於農耕；水源充沛，農桑發達，瓜果繁多，盛產葡萄美酒。於是耶律大石決定定都於八喇沙袞，別稱虎思斡魯朵，意為"強有力的宮帳"。又逐漸向周圍的城邑派遣了官員，改延慶三年為康國元年。
從此，西遼一直定都在虎思斡魯朵。
在這塊土地上站穩腳跟後，經過充分的休養生息，耶律大石想起了十年前故土淪喪時的景象。為了實現"中興"，實現恢復契丹帝國宏偉大業的夙願，耶律大石以六院司大王蕭斡裡剌為兵馬都元帥，敵剌部前同知樞密院事蕭查剌為副元帥，茶赤剌部禿魯耶律燕山為都部署，護衛耶律鐵哥為都監，率七萬鐵騎東征，準備為遼國復仇。
耶律大石以青牛白馬祭天，樹旗以誓，組織眾人誓師說："我大遼自太祖、太宗艱難而成帝業，其後嗣君耽樂無厭，不恤國政，盜賊蜂起，天下土崩。朕率爾眾，遠至朔漠，期復大業，以光中興。"
耶律大石對元帥蕭斡裡剌說："今汝其往，信賞必罰，與士卒同甘苦，擇善水草以立營，量敵而進，毋自取禍敗也。"
西遼軍進軍到喀什喀爾，這裡原有契丹帝國的漢軍和契丹軍駐紮，西遼軍一來，馬上就相繼歸服，西遼軍進而征服了和闐。但是在繼續進軍中，西遼軍在遼闊的沙漠上行進了萬餘裡，路遇風雪，牛馬損失大半，卻連一名金軍也沒有遇到，東征大軍已是疲憊不堪，主帥蕭斡裡剌放棄了東征的志願，勒兵而還。
耶律大石籌備了十年的復國之夢就這樣破裂了，在虎思斡魯朵等待捷報的耶律大石仰天長歎："這是上天不讓我討伐金國，天數啊！"
東征失利後，耶律大石暫時放棄了收復故土的念頭，對西遼進行了有效的統治，數年間，百業興旺，牲畜肥壯，國富民強。1137年，西遼開始了第二階段的向外擴張，它首先進入費爾干納谷地，繼續向西推進，打敗了西哈喇汗王朝的軍隊，大汗馬赫穆默德逃回撒馬爾罕。
三年後，西哈喇汗王朝與葛邏祿人發生衝突，馬赫穆默德向塞爾柱王朝國王蘇丹桑賈爾請求支援，蘇丹桑賈爾組織其他各國，集中十萬多騎兵，渡過了阿姆河，開進河中地區，向葛邏祿人發起進攻，葛邏祿人向耶律大石求援。耶律大石給駐紮在撒刀爾罕的蘇丹桑賈爾寫信，為葛邏祿人求情。然而蘇丹桑賈爾不但不接受說情，反而寫信讓耶律大石接受伊斯蘭教，否則就用武力解決。
耶律大石率領西遼軍進軍撒馬爾罕。1141年9月9日，兩軍在卡特萬草原相遇，相距二里許。
耶律大石仔細觀察了對方的行軍佈陣，曉諭全軍將士："西域軍雖多，但有勇無謀，我軍一舉攻之，其必首尾不能相救，我師必勝。"於是派六院司大王蕭斡裡剌、招討副使耶律松山率領2500人從右發起進攻；樞密副使蕭剌阿不、招討使耶律術薛率領2500人從左發起進攻；耶律大石親率大軍直接從正面進攻。三軍一起進發，蘇丹桑賈爾的部隊大敗，殭屍橫亙數十里。西吉斯坦國王、蘇丹桑賈爾的宰相和妻子被俘，蘇丹桑賈爾帶著殘兵僥倖奪路而逃。
此役後，蘇丹桑賈爾一蹶不振，幾年後被叛軍囚禁，曾經縱橫中亞的塞爾柱王朝就此滅亡。
卡特萬會戰，是中亞史上一次著名的戰役。耶律大石以少勝多，成功地征服了西哈喇汗王朝，實現了他一生事業的巔峰絕唱。
耶律大石乘勝出兵，屠殺人民，洗劫村莊，逼迫花剌子模國向西遼朝貢臣服。
耶律大石在西北建立的西遼政權，是遼朝的繼續，前後歷九十多年；西遼的疆域東起哈密，西至鹹海，北達葉尼塞河上游，南抵阿姆河，一時成為中亞一個強大帝國。當時的西遼，仍採用中原傳統的漢文尊號、年號、廟號；宮廷和官府使用的是契丹文和漢文；錢幣上鑄印漢文年號；官制也分北面官和南面官；對待屬國，仍沿用中原王朝的慣例，實行不駐軍隊，不索質子的"羈縻"政策。西遼統治下的楚河流域，農業水利灌溉和城鎮的手工商業也有一定程度的發展。由於西遼的立國綱紀，典章制度，泱泱有中華之風，所以，金元以來的史家都把西遼與中原諸王朝並列，從不視為異域外邦。
西遼康國十年，戎馬一生的耶律大石走到了人生盡頭，在八剌沙袞的宮帳中去世，終年五十六歲。在位二十年，廟號德宗。