了三支，自己亲率中军，西辽第一名将六院司大王萧斡里剌指挥右军两千五百精兵，枢密副使萧查剌阿不指挥二千五百精兵位于左翼。穆斯林联军是由赛尔柱苏丹桑贾尔自领中军，他的宰相领左军，一个附属国的国王领右军。

当时的战场形势是，大石的中军对阵联军的中军，大石的右军对阵联军的左军，大石的左军对阵联军的右军。大石选中的卡特万是一片依山的缓坡，山中间还有一道峡谷，大石充分利用了这道峡谷，把自己的中军布置在峡谷前面，左右两军分列两边，背靠着峡谷作战。

战斗一打响，联军的左军猛攻大石军的右翼，而双方的中军陷入了僵持。这样一来，大石军的右翼跟中军、左军之间就拉开了一个缺口，联军的左军就插入到大石军的右军和中军、左军之间，这个缺口越拉越大，联军的左中右三军都逐渐填进了这个缺口当中，而大石的中军和左军就向联军的右翼迂回。这么一通迂回的结果，变成了大石军的右翼进攻联军的左翼，大石军的左翼迂回到联军的背后，大石军的中军进攻联军的右翼，这就形成大石军门户顿开，联军三面受敌的局面。而联军正对的就是那条峡谷，大石军三面兜底，发动猛烈的进攻，前面是峡谷，联军无路可走，只能入谷，峡谷很窄，几万人马一进去，掉头不便，任由大石军砍瓜切菜一般地宰杀。一仗下来，联军伏尸数万，桑贾尔本人受伤，宰相被俘，桑贾尔狼狈地逃离战场。