Vào thập niên cuối cùng của thế kỷ 10, Kara-Khanid bắt đầu chiến đấu chống lại triều Samanid nhằm kiểm soát Transoxiana, chiến dịch đầu tiên do cháu nội của Satuk Bughra Khan, Hasan (hay Harun) b. Sulayman (tước hiệu: Bughra Khan) lãnh đạo. Trong các năm 990-992, Kara-Khanid dần nắm được Isfijab, Ferghana, Ilaq, Samarkand, và kinh đô của Samanid là Bukhara. Tuy nhiên, Hasan Bughra Khan mất vào năm 992 do một căn bệnh, và Samanid trở về Bukhara. Người anh em họ của Hasan là Ali b. Musa (tước hiệu: Kara Khan hay Arslan Khan) tiếp tục chiến dịch chống lại Samanid, và vào năm 999, con trai của Ali là Nasr đã lấy lại Bukhara mà chỉ gặp phải sự kháng cự nhỏ.[6] Các lãnh địa của Samanid bị phân chia giữa Ghaznavid, thế lực này có được Khorasan và Afghanistan, còn Kara-Khanid thì nhận được Transoxiana; sông Oxus trở thành đường biên giới giữa hai đế quốc đối thủ.

Kara-Khanid được chia thành các thái ấp giống như các dân tộc du mục Đột Quyết và Mông Cổ. Các thái ấp Kara-Khanid liên kết với bốn đô thị trung tâm Balasaghun (về sau là kinh đô của Kara-Khanid) tại Semirechye, Kashgar tại Tân Cương (Kashgar), Uzgen tại Fergana, và Samarkand tại Transoxiana. Các lãnh địa ban đầu của triều đại ở Semirechye và Kashgaria được bảo tồn thanh thế bên trong nhà nước Kara-Khanid, và các khả hãn của các lãnh địa này duy trì một vị thế được ngầm hiểu là cao hơn so với những người cai trị tại Transoxiana và Fergana.[5] Bố người con trai của Ali (Ahmad, Nasr, Mansur, Muhammad) mỗi người giữ một vùng đất phụ thuộc riêng bên trong nhà nước Kara-Khanid. Nasr, người chinh phục Transoxiana, được giữ phần trung tâm rộng lớn của Transoxiana (Samarkand và Bukhara), Fergana (Uzgen) và các khu vực khác, mặc dù vậy, sau khi ông chết, vùng đất của ông bị phân chia. Ahmad giữ Semirechye và Chach, và trở thành người đứng đầu triều đại sau cái chết của Ali. Kết vị ông ta là Mansur.[6]

Sau cái chết của Mansur, nhánh Hasan Bughra Khan của Kara-Khanid trở nên chiếm ưu thế. Các con trai của Hasan là Muhammad Toghan Khan II, và Yusuf Kadir Khan giữ Kashgar, lần lượt trở thành người đứng đầu triều đại Kara-Khanid. Hai gia tộc, tức các hậu duệ của Ali Arslan Khan và Hasan Bughra Khan, cuối cùng đã phân chia Hãn quốc Kara-Khanid thành hai phần.

Dưới thời trị vì của Ahmad b. Ali, Kara-Khanid tham gia các cuộc chiến chống lại những người phi Hồi giáo ở đông bắc và đông. Năm 1006, Yusuf Kadr Khan của Kashgar chinh phục Vu Điền.[13] Năm 1017-1018, Kara-Khanid đã đẩy lùi một cuộc tấn công của một lực lượng đông đảo các bộ lạc Đột Quyết du mục, điều này được mô tả trong các nguồn Hồi giáo như một chiến thắng vĩ đại.[14] Các anh em Ahmad và Nasr đã tiến hành các chính sách khác nhau với Ghaznavid ở phía nam - trong khi Ahmad cố lập liên minh với Mahmud của Ghazna thì Nasr lại cố gắng chiếm các lãnh thổ của Ghazvanid song không thành công.[6]