屈出律到葉密立和海押立一帶招集自己的族人，又同其他部落結成聯盟。勢力強大之後的他，開始率領這支軍隊進入西遼直轄領地，大肆殺戮和搶劫，用掠奪去回報自己嶽父在最危難時期的收留。
屈出律又向花剌子模派出使臣，約定夾攻菊兒汗，瓜分西遼土地。屈出律出兵擊敗西遼軍隊，遂劫掠烏茲幹，又進攻八剌沙袞。直魯古也並不是一個完全無所作為的君主，他率軍打敗了屈出律的侵擾，並俘虜了敵人的大半士兵。
屈出律兵敗北走，重新集結兵力，等待時機再次反叛。
花剌子模和西遼各自退兵。這時的西遼軍隊紀律敗壞，沿途燒殺搶劫，人民驚恐。當他們回到八剌沙袞時，城中居民們聽說來的軍隊一路擾民，還以為是敵人來了，於是緊閉城門，拒絕大軍入城。無論西遼的將領們怎樣解釋，說花剌子模已退兵，仍然無法取得居民們的信任，西遼軍隊最後用大象把城門攻毀。西遼軍隊入城後，屠殺三天三夜，有大概近四萬七千人被殺。
這時菊兒汗因為應付屈出律以及周邊屬國的叛亂，已經財政困難，國庫空空如洗了。西遼宰相馬赫穆德巴依害怕菊兒汗征收自己的財產，便建議把士兵搶劫的財物集中收歸國庫。當將領們聽到這一消息後，又害怕又憤慨，於是各自帶軍隊離開菊兒汗，煽動叛亂，這更加深了西遼的困頓。
屈出律得知八剌沙袞發生的情況後，覺得自己的機會來了。他在1211年秋天帶兵埋伏在直魯古狩獵的必經之路上，趁直魯古外出狩獵的時候突襲了他，直魯古被俘。屈出律由此攫取了西遼的政權。
《遼史》記載，“乃蠻王屈出律以伏兵八千擒之，而據其位”。屈出律攫取政權後，並沒有急於改朝換代，而且表麵上對菊兒汗很禮敬，“尊耶律直魯古為太上皇，皇後為皇太後，朝夕問起居”，實際上是利用他來穩定自己的統治。耶律直魯古在抑鬱悲意中生活了兩年，於1213年死去。
就這樣，西遼帝國正式被直魯古好心收留的乃蠻部王子篡奪了。
西遼帝國能夠在中亞站住腳，最顯著的特點，就是各種宗教都被耶律大石允許在西遼的境內存在和發展。佛教在契丹帝國時期已經在社會廣泛傳播，在西遼時期也如此。佛教在附庸國高昌回鶻王國同樣盛行。猶太教在撒馬爾罕和花剌子模也很流行。至於當地人民信奉的主要宗教——伊斯蘭教，更得到耶律大石的尊重。他以穆斯林方式給下屬寫信，叫他根據當地伊斯蘭宗教首領的意見辦事。屬國的宗教文化，特別是伊斯蘭文化，也得到了比較好的尊重。由於西遼王朝執行比較寬容的宗教政策，各種宗教信仰的人都得到保護，有利於社會的安定，促進了文化的交流和民族的融合。
篡奪了西遼政權的屈出律，原本是一位景教徒，但在娶直魯古之女為妻後，便聽從了妻子的話而改信佛教。為了削平境內的反對勢力，鞏固自己的統治地位，屈出律對伊斯蘭教采取了高壓政策。屈出律在每一戶居民家中，都派了一名士兵去居住，對百姓嚴加監視，士兵們到處奸淫燒殺，胡作非為。
屈出律在攻占了新疆和闐之後，強迫當地居民放棄伊斯蘭教。要求當地居民從下麵兩種要求中任擇其一：要麼改信基督教或偶像教（即佛教）；要麼穿上契丹人的袍子。穆斯林不願改變宗教信仰，隻好被迫改穿契丹人的服裝。屈出律在和闐對伊斯蘭教實行高壓政策之後，穆斯林的禮拜被中斷，經文院校被封閉和搗毀。屈出律的種種殘暴行徑，引起了和闐人民的強烈反抗，日夜期盼著有一天能脫離屈出律的統治。終於有一支軍隊，從遙遠的東亞趕來，解救了他們。
縱觀中亞曆史，所有不尊重當地民族信仰的政權，都無法成功在這裏立足。
公元1218年，成吉思汗派遣大將哲別率兵兩萬攻打屈出律。當時屈出律正與阿力麻裏的不紮兒汗相攻，聽到蒙古軍進攻嚇得連忙向西逃跑，哲別擊潰西遼軍隊的阻擊，攻占了西遼都城八剌沙袞。原來的西遼官員，以及長期被壓迫的民眾紛紛起兵相應，在內外打擊下，屈出律被迫南逃。
1218年屈出律在瓦罕走廊東部的達拉茲山穀被殺，這位鳩占鵲巢的西遼末代皇帝在眾叛親離的情況下結束了耶律大石創建的西遼帝國。
從此中亞曆史翻開了一個新篇章——蒙古統治時代。