Круг источников замкнулся — единственным каганом в 840 г. был родоначальник караханидской династии и прежний ябгу карлуков Бильге Кюль Кадыр-каган.
Власть в Караханидском государстве была поделена между знатью двух племенных группировок, составивших в IX в. ядро карлукского племенного союза, — чигилей и ягма. Внешне это выражалось в разделении каганата на две части — восточную и западную со своими каганами во главе. Верховным считался восточный каган, имевший ставку в Кашгаре и Баласагуне (городище Бурана, близ г. Токмак в Кыргызстане). Он был из чигилей и носил титул Арслан Кара-хакан. Западный, младший каган, из ягма, носил титул Богра Кара-каган и имел ставку в Таразе, а позднее — в Самарканде. Существовала сложная иерархия правителей, своя в обоих каганатах: Арслан-илек и Богра-илек, Арслан-тегин и Богра-тегин и другие. Впервые дуальная система власти была реализована при сыновьях первого кагана, Базыр Арслан-хане и Огулчак Кадыр-хане, но окончательный распад державы относится к середине XI в.
При Огулчаке успешным походом саманидского эмира Исмаила ибн Ахмада на Тараз в 893 г. начались длительные и жестокие войны между Караханидами и Саманидами за власть над всей Средней Азией. Войны длились более века и завершились полным крахом Саманидов и распространением власти их противников до Аму-Дарьи. На территории Средней Азии возникло множество караханидских владений, зависимость которых от каганов в Баласагуне была минимальной, а отношения друг с другом — далеки от дружественных.
Крупнейшим событием времени ранних Караханидов было принятие династией и зависимыми от нее племенами ислама. «Еще арабские географы X в. описывают тюрок как народ, совершенно чуждый исламу и находящийся во вражде с мусульманами», — замечает В. В. Бартольд [Бартольд, т. 5, с. 59]. Однако именно в X в. произошли решительные изменения. Арабский географ того времени Ибн Хаукаль сообщает о принятии ислама тысячью семей тюрков, кочевавших в местах между Исфиджабом и Шашем, т. е. в горно-степном районе, прилегающем к среднему течению Сыр-Дарьи. Но самое крупное событие такого рода произошло в 960 г., когда где-то во внутренних областях Караханидского государства, скорее всего в Семиречье, ислам приняли 200 тысяч шатров тюрков.
Этот факт связывается с именем караханидского кагана, сына Базыра и племянника Огулчака, Сатук Богра-хана, который сам, еще до массовой исламизации тюрков, принял новую веру и новое имя — Абд ал-Керим. Именно сын Сатука, Муса, унаследовавший престол в 955 г., объявил ислам государственной религией. Возможно, решение Мусы связано с деятельностью мусульманского богослова, нишапурца Абу-л-Хасана Мухаммада ибн Суфьяна Келимати, жившего при дворе Сатука и Мусы, однако достоверно о его роли в событиях ничего неизвестно [Бартольд, т. 2, ч. 1, с. 245–246].