Horasan’ı kaybeden Gazneli Sultanı Mesut, Selçuklulara kesin bir darbe indirmek için ordusunun başına geçti. Sefer esnasında katılanlarla birlikte Gazneli ordunun mevcudu 100 bine ulaşmıştı. Selçuklu kuvvetleri ise ancak 20 bini bulan hafif süvarilerden oluşmaktaydı. Bu dengesizlik sebebiyle Selçuklu ordusu yıpratma savaşı vermeyi uygun bulmuştu. Bu sebeple ordu çöllere doğru çekildi. Nişapur’a giren Gazneli Mesut, Selçuklu ordusunu takibe koyuldu. Selçuklu birliklerinin vur-kaç taktiği ile iyice yıpranan Gazne ordusuna karşı meydan savaşı yapma zamanının geldiğine karar veren Çağrı Bey nihayet Merv yakınındaki Dandanakan Hisarı önünde Gaznelileri karşıladı. Üç gün süren savaş sonucunda Gazneli ordusu ağır bir yenilgiye uğratıldı (22-24 Mayıs 1040). Gazneli Mesut beraberindeki 100 kadar atlı ile ancak kaçabildi ise de Hindistan’a giderken kendi adamları tarafından öldürüldü.
Dandanakan Savaşı, Selçuklular için bir dönüm noktası olmuştur. Aslında Serahs Savaşı’yla fiilen kurulmuş olan devlet, bu savaş neticesinde hukuken bağımsızlığını kazanmış, bölge ülkeleri ve halife Selçuklu devletini tanımıştır. Böylece bölgedeki en büyük güç hâline gelen Selçuklular, Türkleri bir bayrak altında toplamaya başlayacak ve İslâmiyet’in öncülüğünü üstleneceklerdir.
Dandanakan Savaşı’nın hemen ertesinde Tuğrul Bey Selçuklu Sultanı ilân edildi. Merv’de yapılan kurultayda devlet teşkilâtı düzenlendi. Selçuklu ülkesi ve ele geçirilmesi plânlanan memleketler Selçuklu hanedanına mensup üç lider arasında taksim edildi. Buna göre merkezi Merv olmak üzere Ceyhun ve Gazne arasındaki bölge Çağrı Bey’e; Herat merkez olmak üzere Bust -Sistan arazisi Musa Yabgu’ya verildi. Tuğrul Bey Sultan unvanı ile başkent Nişapur’da kaldı, Irak kendisine bağlandı. Çeşitli bölgelere gönderilen diğer hanedan üyeleri de Sultan Tuğrul’un emrine verildi. Bunlar daha sonra Büyük Selçuklulara bağlı kalmakla beraber kendi devletlerini kurdular.
Hanedan üyeleri kendilerine ayrılan toprakları birer birer zapt ediyordu. Doğuda yapılan seferlerde Çağrı Bey Gaznelileri tamamen Horasan’dan çıkardı, Belh şehrini ele geçirdi. Karahanlıları barış yapmak zorunda bıraktı. Çağrı Bey’in oğlu Yakutî Hint denizi kıyılarındaki Mekran’ı aldı. Diğer oğlu Kara Arslan Kavurd ise Buveyhîler’in hâkimiyetindeki Kirman’ı , Hürmüz Emirliği’ni ve Umman’ı Selçuklu idaresine bağladı. Tuğrul ve Çağrı Beylerin birlikte çıktığı seferde Harezm bölgesi tamamen Selçuklulara geçti. (1043)
Tuğrul Bey İran’daki birçok bölgeyi bizzat çıktığı seferle ele geçirdi. Tuğrul Bey’in üvey kardeşi İbrahim Yınal, İran’ın en önemli merkezlerinden Rey şehrini zapt etti ve Tuğrul Bey’i buraya davet etti. Tuğrul Bey, fetih bölgelerine daha yakın olması sebebiyle Nişapur’ u bırakarak, Rey’i devletin yeni başkenti yaptı .(1042)
Tuğrul Bey zamanında Bizans ve Gürcülere karşı da büyük başarılar sağlanmıştı. Arslan Yabgu’nun oğlu Kutalmış ve İbrahim Yınal, Bizans-Gürcü kuvvetlerini Pasinler Savaşı ile büyük bir hezimete uğrattılar (1048). Bu savaşta Gürcü Kralı Liparit esir edilmiş; İstanbul’daki yıkık bir caminin onarımı ve Tuğrul Bey adına burada hutbe okunması şartıyla serbest bırakılmıştır. 1054 yılında Tuğrul Bey Azerbaycan’daki mahallî hükümdarları itaat altına aldıktan sonra Anadolu’ya yönelmiş ve Malazgirt’i kuşatmıştır. Ancak kışın yaklaşması üzerine geri dönmüş, Yakutî’yi Anadolu akınlarını devam etmekle görevlendirmiştir. Tuğrul Bey, Abbasi Halifesi Kaim bi-Emrullah’ın isteği üzerine, Şiî Büveyhoğullarının tehdidi altındaki Bağdat’a 1055 ve 1058′de iki kez girmiş ve böylece “doğunun ve batının hükümdarı” unvanını bizzat halifeden alarak, Selçukluların İslâm dünyasının koruyucu liderliğini üstlendiğini kabul ettirmiştir.Devletin kuruluşunda önemli rol oynayan Çağrı Bey 1060′ta ve Sultan Tuğrul Bey ise 1063′de öldü. Çağrı Bey cesareti ve kumandanlığı, Tuğrul Bey ise adaleti ve siyasî zekâsıyla, II. Göktürk Devleti’ndeki Bilge ve Kül-Tigin kardeşleri hatırlatan büyük şahsiyetlerdir.
Tuğrul Bey’ in çocuğu yoktu.Bu sebeple Selçuklu tahtına Çağrı Bey’in büyük oğlu Süleyman’ı vasiyet etmişti. Ancak Çağrı Bey’in diğer oğlu Alp Arslan bunu kabul etmedi. Henüz çocuk yaştayken babasını temsil eden Alp Arslan, Karahanlı ve Gaznelilere karşı başarılar elde etmiş, onları itaate zorlamıştı. Bu sebeple Selçuklu tahtının hakkı olduğunu düşünüyordu. Aynı zamanda Arslan Yabgu’nun oğlu Kutalmış da kendini sultan ilân etmişti. Askerlerin desteklediğini alan Alp Arslan, Kutalmış’ın isyanını bastırdı ve Rey’de tahta çıktı. Nizamülmülk’ü vezirliğe getirdi (1064).
Alp Arslan, devlet nizamını sağlar sağlamaz Azerbaycan ve Anadolu üzerine sefere çıktı. Tuğrul ve Çağrı Beyler, henüz devlet kurulmadan bu bölgelere akınlar düzenlemişler, kalabalık Türkmen kitleleri batıya yönelmişlerdi. Bu sebeple Alp Arslan, yeni fetih alanı olarak Anadolu’yu seçmiştir. Alp Arslan Azerbaycan ve Kafkasya’da birçok kaleyi ele geçirdikten sonra Doğu Anadolu’ya girdi. Hıristiyanlığın doğudaki en güçlü kalesi olan Ani’yi şiddetli bir kuşatmadan sonra ele geçirdi. Ardından Kars’a girdi (1064).1065 yılında, atalarının ilk yerleştiği şehir olan Cend’e gitti ve Kıpçakları hâkimiyeti altına aldı. Kirman Meliki Kavurd’un isyanını da bastıran Alp Arslan, böylece devletin doğu sınırlarının emniyetini sağlayarak, bütün gayretini Anadolu’ya sarf etmeye başladı.
Sultan Alp Arslan Azerbaycan üzerinden Malazgirt’e gelerek burayı kısa sürede ele geçirdi . Ardından Ahlat, Meyafarikin (Silvan), Amid (Diyarbakır) ve havalisini fethetti .
Sultan, Abbasi halifeliğini tehdit eden Mısır Fatimî Devleti’ne karşı sefere hazırlandığı sırada Bizans İmparatoru Romen Diyojen’in Doğu Anadolu’ya ilerlediğini öğrendi. Şam’a yürümekten vazgeçen sultan, hızla geri döndü ve Malazgirt’te Bizans ordusunu ağır bir yenilgiye uğrattı. Bu savaş sonuçları itibarıyla Dandanakan’dan sonra cereyan eden en önemli meydan savaşıdır. Bu savaştan sonra Türkler için Anadolu’da yeni bir dönem başlar.Sultan Alp Arslan, Malazgirt’ten sonra çıkan karışıklıkları bastırmak amacıyla Maverâünnehir üzerine sefere çıkar. Ancak burada esir alınan bir kale komutanı tarafından hançerlenir ve 25 Kasım 1072′de vefat eder .
Alp Arslan, kendinden sonra tahta geçmesi için oğlu Melikşah’ı veliaht olarak hazırlamıştı. Nitekim Alp Arslan’ın ölümü üzerine Melikşah henüz 18 yaşında iken sultanlığa getirildi (1072). Melikşah öncelikle sınırlara tecavüz eden Karahanlı ve Gazneliler’i yenerek, barışa zorladı. Ardından amcası Kavurd’un isyanını bastırdı (1073).
Devlet merkezi Rey’den daha güneydeki İsfahan’a taşındı. Bizans’ın Malazgirt’ten sonra anlaşmaya uymamaları üzerine Anadolu akınları hızlandırıldı. Kutalmış’ın oğulları ve bazı Türkmen reisleri Batı Anadolu’ya kadar akınlar düzenlediler. Bu arada Türkmen liderlerinden Atsız Suriye’yi ele geçirdi. Kudüs şehri Fatımîlerden alındı. Melikşah, kardeşi Tutuş’a Suriye’nin idaresini verdi (1078).
Anadolu fatihlerinden Artuk Bey, Melikşah’ın emriyle Arabistan Yarımadası’ndaki Hicaz, Yemen ve Aden’i Selçuklu topraklarına kattı.
Melikşah 1087′de çıktığı sefer sonucunda Karahanlıların doğu kolunu da hâkimiyeti altına aldı. Sultan Melikşah henüz 38 yaşında iken zehirlenerek öldü ( 1092).
Melikşah zamanında Büyük Selçuklu Devleti en geniş sınırlarına ulaşmıştır. Bu sınırlar, batıda Anadolu ve Mısır’dan, doğuda Balkaş ve Isık gölüne; kuzeyde Kafkaslardan güneyde Arabistan Yarımadası’na kadar uzanmaktaydı.