就在西辽帝国慢慢呈现出衰败状态的时候，一个乃蛮部的王子，加速了西辽灭亡的步伐，这个王子叫屈出律。
蒙古兴起后，乃蛮部被成吉思汗打垮，其王子屈出律及大量部民逃脱。他们奔往别失八里，从那里又越过天山到达库车。屈出律带领部下在库车山里东游西荡，既无粮食又乏给养，跟随他的那些人已作鸟兽散。
公元1208年的冬天，屈出律投奔了西辽王朝的菊儿汗。屈出律到八剌沙衮后，耶律直鲁古热情地招待了他，并将自己的一个女儿许配给他做妻子。曾有一段时间，屈出律留在八剌沙衮为菊儿汗供职。
当花剌子模的摩诃末沙起兵反对西辽时，东方的属国、属部也起来造反，西辽处境困难。虽然有了安定的生活，但是屈出律常常有寄人篱下的感觉。西辽属国的叛变，让他觉得自己的机会来了。于是他向直鲁古提出请求，同意自己去纠集乃蛮旧部，以强大西辽。耶律直鲁古接受了他的建议，赏赐他许多财宝并封他为可汗，让他去自由地扩充军事势力，直鲁古没有想到的是，自己当初不但引狼入室，现在又在进一步地养虎为患。
屈出律到叶密立和海押立一带招集自己的族人，又同其他部落结成联盟。势力强大之后的他，开始率领这支军队进入西辽直辖领地，大肆杀戮和抢劫，用掠夺去回报自己岳父在最危难时期的收留。
屈出律又向花剌子模派出使臣，约定夹攻菊儿汗，瓜分西辽土地。屈出律出兵击败西辽军队，遂劫掠乌兹干，又进攻八剌沙衮。直鲁古也并不是一个完全无所作为的君主，他率军打败了屈出律的侵扰，并俘虏了敌人的大半士兵。
屈出律兵败北走，重新集结兵力，等待时机再次反叛。
花剌子模和西辽各自退兵。这时的西辽军队纪律败坏，沿途烧杀抢劫，人民惊恐。当他们回到八剌沙衮时，城中居民们听说来的军队一路扰民，还以为是敌人来了，于是紧闭城门，拒绝大军入城。无论西辽的将领们怎样解释，说花剌子模已退兵，仍然无法取得居民们的信任，西辽军队最后用大象把城门攻毁。西辽军队入城后，屠杀三天三夜，有大概近四万七千人被杀。
这时菊儿汗因为应付屈出律以及周边属国的叛乱已经财政困难，国库空空如洗了。西辽宰相马赫穆德巴依害怕菊儿汗征收自己的财产，便建议把士兵抢劫的财物集中收归国库。当将领们听到这一消息后，又害怕又愤慨，于是各自带军队离开菊儿汗，煽动叛乱，这更加深了西辽的困顿。
屈出律得知八剌沙衮发生的情况后，觉得自己的机会来了。他在1211年秋天带兵埋伏在直鲁古狩猎的必经之路上，趁直鲁古外出狩猎的时候突袭了他，直鲁古被俘。屈出律由此攫取了西辽的政权。(www.xing528.com)
《辽史》记载，“乃蛮王屈出律以伏兵八千擒之，而据其位”。屈出律攫取政权后，并没有急于改朝换代，而且表面上对菊儿汗很礼敬，“尊直鲁古为太上皇，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。
就这样，西辽帝国正式被直鲁古好心收留的乃蛮部王子篡夺了。
西辽帝国能够在中亚站住脚，最显著的特点，就是各种宗教都被耶律大石允许在西辽境内存在和发展。佛教在契丹帝国时期已经在社会广泛传播，在西辽时期也如此。佛教在附庸国高昌回鹘王国同样盛行。犹太教在撒马尔罕和花剌子模也很流行。至于当地人民信奉的主要宗教——伊斯兰教，更得到耶律大石的尊重。他以穆斯林方式给下属写信，叫他根据当地伊斯兰宗教首领的意见办事。属国的宗教文化，特别是伊斯兰文化，也得到了尊重。由于西辽王朝执行比较宽容的宗教政策，各种宗教信仰的人都能得到保护，有利于社会的安定，促进了文化的交流和民族的融合。
篡夺了西辽政权的屈出律，原本是一位景教徒，但在娶直鲁古之女为妻后，便听从了妻子的话而改信佛教。为了削平境内的反对势力，巩固自己的统治地位，屈出律对伊斯兰教采取了高压政策。屈出律在每一户居民家中都派了一名士兵去居住，对百姓严加监视，士兵们到处奸淫烧杀，胡作非为。
屈出律在攻占了新疆和阗之后，强迫当地居民放弃伊斯兰教。要求当地居民从下面两种要求中任择其一：要么改信基督教或偶像教（佛教）；要么穿上契丹人的袍子。穆斯林不愿改变宗教信仰，只好被迫改穿契丹人的服装。屈出律在和阗对伊斯兰教实行高压政策之后，穆斯林的礼拜被中断，经文院校被封闭和捣毁。屈出律的种种残暴行径引起了和阗人民的强烈反抗，日夜期盼着有一天能脱离屈出律的统治。终于有一支军队从遥远的东亚赶来，解救了他们。
纵观中亚历史，所有不尊重当地民族信仰的政权都无法成功在这里立足。
公元1218年，成吉思汗派遣大将哲别率兵两万攻打屈出律。当时屈出律正与阿力麻里的不扎儿汗相攻，听到蒙古军进攻吓得连忙向西逃跑，哲别击溃西辽军队的阻击，攻占了西辽都城八剌沙衮。原来的西辽官员，以及长期被压迫的民众纷纷起兵相应，在内外打击下，屈出律被迫南逃。
1218年，屈出律在瓦罕走廊东部的达拉兹山谷被杀，这位鸠占鹊巢的西辽末代皇帝在众叛亲离的情况下结束了耶律大石创建的西辽帝国。
从此中亚历史翻开了一个新篇章——蒙古统治时代。
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