1211年秋天，屈出律趁耶律直鲁古外出狩猎的时候发动突然袭击，耶律直鲁古兵败被抓，屈出律攫取了西辽的政权，西辽国到此实际上就灭亡了。《辽史》记载，“乃蛮王屈出律以伏兵八千擒之(指耶律直鲁古)，而据其位。”屈出律攫取西辽政权后，表面上对菊尔汗很礼敬，“尊耶律直鲁古为太上皇，皇后为皇太后，朝夕问起居”，实际上是利用他来稳定自己的统治。耶律直鲁古在抑郁悲意中生活了两年，于1213年死去。
屈出律为了取得契丹贵族的支持，娶了西辽王朝的一位公主。屈出律本来是信奉基督教的，但在这位公主的劝告下，他由信奉基督教改信佛教，并且在全国大力推行佛教，打击伊斯兰教。屈出律要穆斯林改奉佛教，至少要穿戴契丹人的服装，并强制推行。屈出律的做法，引起当地人民的普遍不满。
1210年，摩诃末再次出兵，进入河中地区。摩诃末为动员广大穆斯林支持自己，煽起他们的宗教狂热，抵制屈出律的统治，并宣布对西辽进行“圣战”。他在怛逻斯(今哈萨克斯坦江布尔城)附近打败西辽军队，并俘虏了其主帅塔阳古，从此摩诃末威名大震。
西辽在对付花剌子模国和西喀喇汗王朝的叛离而失败的同时，它在各个属国的官员也日趋腐化。东部的高昌回鹘王国于1209年杀死西辽王朝的监督官投靠蒙古国；1211年，葛逻禄部首领阿儿斯兰汗也投奔成吉思汗。这样，西辽王朝只剩下东喀喇汗王朝这一个附庸国。后来，东喀喇汗王朝也起兵造反，菊尔汗出兵镇压，并把喀喇汗王朝的穆罕默德俘虏，囚禁于巴拉沙衮，才稳定住局势。但是这时西辽王朝的直辖领地，已经与全盛之时不可同日而语了。
