Атсыз постоянно стремился избавиться от протектората сельджукского султана Санджара. В 1138 году он восстал против своего сюзерена, но был разгромлен Санджаром и вынужден был бежать. Ахмед Санджар же возвел на хорезмийский престол племянника Атсыза Сулейман-шаха. Однако Сулейман-шах не смог удержать власть над Хорезмом и в 1141 году султан Санджар вернул Атсыза на престол. В том же году в Среднюю Азию с востока пришли новые завоеватели — каракитаи под предводительством Елю Даши. Сельджукский султан Санджар вынужден был прийти на помощь самаркандскому хану Махмуду, который являлся его ближайшим родственником. Битва с каракитаями при Самарканде закончилась полным поражением Санджара. Хорезмшах Атсыз тут же воспользовался поражением Санджара и зимой 1141 года захватил и разграбил Мерв, а в 1142 году уже приблизился к Нишапуру.
Однако уже в 1142 году султан Санджар снова заставил Атсыза платить дань, а кроме этого Хорезму пришлось платить дань и каракитаям.
Тем не менее, Атсыз был гибким политиком и правителем и умел лавировать и между могущественным султаном Санджаром и между не менее сильными каракитаями. Он продолжил политику собирания земель, начатую его предшественниками, присоединил к Хорезму Дженд и Мангышлак. Многие кочевые племена оказались в зависимости от хорезмшаха. К концу своей жизни Атсыз подчинил Хорезму всю северо-западную часть Средней Азии и фактически добился его независимости от соседей.
В 1156 году Атсыз умер, на престоле Хорезма его сменил его сын Тадж ад-Дин Ил-Арслан.
