退出河中地区，西辽成为中亚霸主。耶律大石随后率军进入撒马尔罕，立马赫穆德之弟伊卜拉欣·伊本·穆海默德为桃花石汗，继续让其统治西喀喇汗国。耶律大石还派大将额儿布思出兵花剌子模，在该地烧杀抢掠，迫使花剌子模沙阿阿拉丁·阿比兹向西辽臣服并且每年缴纳价值3万金第纳尔的货物和牲畜。耶律大石在撒马尔罕驻扎90天后，至起儿漫（今乌兹别克斯坦卡尼梅赫镇）巡行后班师返回虎思斡耳朵。至此卡特万之战西辽大获全胜。
数字.关于卡特万之战双方参战的人数，伊斯兰史料方面所提供的双方人数比例有1:3（10万对3