建國初期
汗國在建國之初，其軍隊如同藍突厥汗國、回鶻汗國一般，依靠各個遊牧部落、氏族提供的武裝力量，尤其以葛邏祿部最多，各種各樣的葉護、酋長、亦納勒統領着自己所屬的部隊，爲大可汗效力。早期喀喇汗軍隊的主體是數量龐大的騎馬射手，他們是來自汗國各個部落的底層牧民，而軍隊的進攻核心則是少數遊牧貴族組成的重甲騎兵，他們憑藉自身的鎧甲與武器成爲了最主要的打擊力量。此時汗國的疆域僅包括巴爾喀什湖、七河流域到錫爾河北岸的草原地帶。此時，汗國的軍隊也如同以往的遊牧民族一般，注重騎兵的運用，擅長迂迴包抄與誘敵深入戰術，在戰鬥時，先依靠馬上弓箭手所射出的箭雨殺傷敵軍，再依靠近戰的重裝騎兵發起致命衝鋒，一舉將敵軍打垮，而步兵戰術相當落後，缺乏專業化的步兵部隊，更缺乏重型攻城器械，因此攻城戰是一個致命的硬傷。隨着喀喇汗朝同唐宋、波斯等定居帝國的交往，汗國逐漸發現自身的不足。比如893年，波斯薩曼王朝大舉進攻喀喇汗朝，喀喇汗的遊牧軍隊根本不是體系齊全的波斯軍隊的對手，一番血戰下來，喀喇汗連續丟失塔爾薩坎特、白水胡城等城市，連副可汗的駐地塔拉茲也被波斯攻克，時任可汗的奧爾古恰克被迫敗走喀什噶爾，將其命名爲斡耳朵坎特，並暫居於此。奧爾古恰克有一個侄子名爲薩圖克，即後來的薩圖克.博格拉汗，他認識到汗國的軍隊存在嚴重的不足，便銳意改革。
古拉姆近衛軍
公元900年，還是公子身份的薩圖克.博格拉汗，仿效波斯帝國薩曼王朝，逐步建立了一套完善的軍事體系。首先，他以薩曼朝的古拉姆近衛軍(Ghulam)爲模版，從各個突厥部落徵集一批精壯青年，組建了效忠自己的近衛部隊，這支部隊有着嚴格的規範與紀律，並通過伊斯蘭教的信仰約束自己的行爲。公元915年，博格拉汗憑藉這支力量發動政變，一舉逼迫奧爾古恰克下臺，自己登上了可汗的位置，此後的歷代喀喇汗可汗便將這一選拔體系制度化(實際上薩曼王朝便有一套完善的古拉姆選拔體系，喀喇汗不過是錦上添花而已)。薩圖克.博格拉汗早期，古拉姆近衛軍數量不過2000人，僅駐紮在巴拉沙袞、喀什噶爾這兩個汗國都城，還有一支小隊駐紮在阿圖什，後來薩圖克.博格拉汗從薩曼王朝手中收復了克西塔拉茲、塔爾薩坎特、白水胡城等西部重要城市，便將喀什噶爾的主力守軍派駐在此，作爲精銳的古拉姆更是抽調了大部分，畢竟喀什噶爾在當時只是臨時陪都，不過這一舉動給了于闐國以及喀什噶爾佛教徒以可乘之機，此後隨着喀喇汗王朝先後消滅了薩曼王朝和于闐國，成爲了一個囊括中亞新疆的大帝國，古拉姆近衛軍數量進一步擴充，從最初的2000人擴充到5000人，7000人，乃至1025年左右擴充到15000人，古拉姆也被劃分爲宮廷近衛古拉姆，以及拱衛地方的古拉姆，在撒馬爾罕、布哈拉、突厥斯坦、塞格納克都有駐紮。在公元10世紀，古拉姆的主要兵源來自葛邏祿、樣磨、熾俟、哈拉吉等回鶻—葛邏祿系的突厥人，然而到了11世紀，隨着這些突厥人的定居化以及皈依伊斯蘭教，古拉姆的主要兵源便轉向了欽察人、阿兒渾人、康里人與基馬克人等欽察系的突厥人。由於中亞伊朗地區一直以來有鐵甲重裝的傳統，因此，在完善於薩曼王朝時期的古拉姆近衛軍中，重甲騎兵便佔據了主要地位，古拉姆重騎兵一般裝備最爲精良的鎧甲與馬匹，鎧甲諸如突厥風格的尖頂護頸盔，盔頂配有狐尾裝飾、毛氈點綴四周的重型毛皮盔，優質鎖子甲，重型片甲，騎乘高大強健的阿克哈—塔克馬，並給馬匹裝備鎧甲以良好防護，使用錘、刀、劍作戰，併兼具精湛的騎射技藝，古拉姆近衛軍在平時也身着精工製作的花紋袷袢，以及氈帽、皮靴，地位之高可見一斑。與喀喇汗王朝同時期的伊朗突厥王朝——加茲尼王朝，以及此後的古爾王朝、塞爾柱帝國也都創建了自己的古拉姆近衛軍制度。
常備軍隊
隨着突厥民族的定居化速度加快，城市、城鎮如同雨後春筍般涌現出來，以及越來越多的大城市與農耕文明區囊括在喀喇汗朝的版圖之中，喀喇汗可汗們意識到傳統的部落兵制已經完全不適應統治的需要，帝國迫切需要一支規範化、制度化、專業化的軍隊。因此，早在薩圖克.博格拉汗統治末年，汗庭就在塔爾薩坎特、塔什干、白水胡城、突厥斯坦、喀什噶爾等經濟繁榮的大城市設立了名爲Askar的常備軍，可能在許多人的印象之中，Askar特指塞爾柱帝國的部隊，其實不然，這個詞在突厥王朝中運用十分廣泛，往往泛指國家的常備兵力，設有輕步兵、輕騎兵、重步兵、重騎兵，體系比較齊全，常備軍不分宗教、民族，一律按規定的配額領取國家薪水。伴隨喀喇汗王朝的版圖逐漸擴展，常備軍的規模也在逐漸擴充，一些歷史學家估算在1016年，喀喇汗常備軍數量超過350000，但可惜至今沒有充分的證據來佐證這一觀點。
除了自己招募整編以外，喀喇汗軍隊另一大重要來源爲繼承薩曼王朝的軍隊。公元999年，喀喇汗王朝消滅了波斯的薩曼王朝，並俘獲了數量可觀的薩曼波斯軍隊，他們的成員多是波斯人與塔吉克人，也有一部分土庫曼人(突厥蠻人)，由於在此前一年，在帝國與于闐國戰鬥的東方戰線上，喀喇汗大汗阿里.阿爾斯蘭汗殞命英吉沙，喀喇汗的東方兵團遭受了慘重的損失，正在河中地區凱旋的副可汗玉素甫便臨時從波斯戰俘中募集了一批兵力，用以防守撒馬爾罕、布哈拉等河中古城，並抽調一部分跟隨其東征。隨着對於闐戰鬥的結束，這些波斯軍隊也被納入了喀喇汗的常備軍體系之中。不過這些波斯—塔吉克人在最初的時候並不怎麼可靠，比如在1003年—1005年的蒙塔西爾復國運動(薩曼王朝家族的復國運動)中，因爲有相當一部分波斯籍士兵開了小差，導致了喀喇汗軍隊在戰鬥初期的連續失敗，另外在1006年—1008年對陣伽色尼王朝的戰鬥中，波斯籍士兵的軍心不穩，也是喀喇汗軍隊失敗的重要原因之一。
伊克塔騎兵
喀喇汗王朝是中央集權的封建帝國，地主階級在國家社會之中理所當然的佔據着重要地位。喀喇汗軍隊的一個重要組成部分便是軍事地主所提供的騎兵力量，這些由地主提供的封建騎兵，建立在伊斯蘭世界的“伊克塔“土地制度之上，伊克塔制度在薩曼王朝時代發展完備，通過吸收波斯文明的精華而成長起來的喀喇汗王朝也繼承了這一制度。在公元960年以後，由於越來越多的突厥遊牧民轉向定居生活，從遊牧民角色轉向農民角色，伊克塔制度便具備可以實施的可能性，伊克塔騎兵便在喀喇汗軍隊中佔據一席之地。伊克塔騎兵正如同其他封建軍隊一樣，依靠地產維護，而不是靠支薪維護，伊克塔騎兵戰時自行籌備武器、鎧甲、馬匹與糧草，通過履行封建軍事義務獲得土地，並有權在土地上徵收地租，作爲經濟來源。通常來說，大部分伊克塔騎兵有能力爲自己添置一套完備鎧甲，以及戰馬鎧甲，他們擅長使用錘、刀、劍、長矛以及弓箭作戰，富裕的伊克塔還可以給自己的隨從添置一條行頭。伊克塔土地不可世襲，使用者死亡之後，土地仍收歸國有，並賞賜給新的軍功者。總體來說，喀喇汗王朝的伊克塔騎兵，同後世奧斯曼帝國著名的西帕希騎兵有着很多的相似之處。
非正規志願軍
帝國最後一項兵源是數量龐大的非正規志願軍，他們的來源多種多樣，有遊牧部落的部落兵，有村莊的民兵武裝，有城鎮穆斯林民兵武裝，還有其他伊斯蘭王朝的志願者，許多人直接來自帝國北方的突厥遊牧民族之中，比如烏古斯—突厥蠻人、康里人、基馬克人、阿蘭人、欽察人等等。這支部隊多種多樣，步兵、騎兵應有盡有，武器也雜亂不一，大部分人沒有良好的盔甲防護，只有少數人才擁有一套完整的鎧甲。這些非正規軍剽悍善戰，勇猛好鬥，但紀律渙散，缺乏約束，一旦戰場形勢出現不利便軍心動搖，嚴重時甚至會作鳥獸散;而當戰鬥勝利時又會哄搶戰利品，還會濫殺戰俘，因此喀喇汗王朝對他們的策略是：一般在和平時將他們打發到邊疆區衛戍，戰爭時負責開路、偵察，保衛側翼，劫掠、突襲等工作，並作爲炮灰戰場上消耗敵軍的有生力量。在公元999—1006年喀喇汗滅于闐戰爭時，這些志願兵便是喀喇汗大軍的先鋒部隊，他們先是勢如破竹，隨後在崑崙山戰鬥(戰場在新疆和田地區策勒縣波斯坦鄉)遭到于闐軍伏擊而損失慘重，但喀喇汗軍隊並沒有因失敗而氣餒，而是重振旗鼓一舉攻克于闐城，然而在城破之後，這些狂熱的志願軍對於闐的佛教古蹟進行了瘋狂的洗劫破壞，正如馬哈茂德.喀什噶裏在《突厥語大辭典》中所言：佛像寺廟全搗毀，菩薩頭上屙了一泡。所以說，相對於正規軍而言，這些非正規志願軍只是輔助角色，但仍然對喀喇汗王朝的強大與穩定到了重要作用。
軍隊裝備
在公元9—11世紀時期，突厥斯坦、河中地區等中亞地區由於經濟的繁榮，催生了冶煉水平的極大發展，冶金鍛造業極爲發達，世界上最早使用煤炭鍊鐵的地區就是在中亞，這裏製造的武器鎧甲不僅裝備喀喇汗軍隊，還出口到西夏、吐蕃、蒙古高原、巴格達、契丹、中原等地區，宋朝史書中就曾記載從喀什噶爾、和田等地進口的盔甲，以及鐵甲戰馬，而西夏通過學習中亞突厥斯坦的鍊鐵技術，鍛造出的西夏劍名滿東亞。喀喇汗軍隊的裝備上面已經略有陳述，包括鎖子甲、重型片甲以及那種突厥風格的尖頂護頸盔，稍微低一點檔次的還有草原風格的札甲、羅圈甲，袷袢狀的無袖鍊甲衫，最爲廉價的要數各種皮革、廉價織物製成的防護甲，短劍、刀、長矛、錘、斧、弓、圓盾也是喀喇汗軍隊的常用兵器。由於長期與波斯—伊斯蘭文明交往，喀喇汗軍隊在裝備方面明顯的與同爲突厥系的高昌回鶻人不同，喀喇汗軍隊的裝備更多的體現了波斯—伊斯蘭風格，而高昌回鶻的裝備則保留了不少唐朝遺風。
喀喇汗重騎兵的裝備在之前已有論述，作爲王牌部隊的古拉姆重騎兵，其裝備完全由國家發放。古拉姆重騎兵最爲常見的防護裝備當屬重型片甲，這種鎧甲在公元9—13世紀流行於突厥—波斯—伊斯蘭世界。重型片甲做工精良，防護力高，但重量較重，只有經過高強度訓練的戰士纔可以穿戴上並且活動自如，而古拉姆作爲優秀的職業軍人完全符合這些要求。古拉姆平時最爲注重的訓練當屬力量型訓練，根據突厥軍事史料記載：“古拉姆士兵每日都要進行反覆的舉重、搏擊、騎術與射箭練習。他們有一種訓練方式比較特殊，這種練習中，他們站成一排，每人單手舉起一柄木製的榔頭，之後在教官的口令之下統一地向下揮錘，其動作之整齊劃一，令人讚不絕口”。同時，此書對古拉姆軍容也有明確的記載：“伊利克.納賽爾選擇在禮拜日檢閱自己的古拉姆部隊，當他走出撒馬爾罕的宮殿時，戰士們早已列陣待命，他們的軍容威武整齊，他們的戰馬英姿勃發，他們人和馬都披上了厚重的鎧甲，軍隊雄渾威武，鎧甲金光閃閃，利劍波光粼粼，像珍珠一般映射出耀眼的光芒，任何隊伍在他們面前都要相形見絀”。精製刀劍一直是古拉姆的標準武器之一，不過他們還配備了洋蔥狀的鐵戰錘，作爲對付重裝敵軍的破甲利器。
伊克塔騎兵大部分也是重騎兵，部分常備騎兵也是重騎兵，不過他們的裝備較爲多樣化，一般取決於他們的個人地產收入，常備騎兵的裝備雖然也由中央發放，但保養程度取決於地方政府的財政水平。富裕的伊克塔青睞尖頂盔與鎖子甲的搭配，同時這也是常備騎兵的標準配置，而收入水平較低的伊克塔偏愛較爲便宜的鎖甲衫，通常情況下伊克塔騎兵也要裝備突厥—伊斯蘭風格的刀與騎兵劍，戰馬鎧甲在喀喇汗王朝時代價格較爲低廉，小康水平以上的伊克塔都完全有能力購置。從而造就了喀喇汗帝國龐大的重騎兵部隊。
攻城器械
喀喇汗軍在999年取得河中之後，獲得了伊朗世界各種各樣的攻城器械，較小的如攻城錘、雲梯，再到人力投石機、弩炮、投石車，再到最具殺傷力的重力投石機，這些攻城器械多是由河中和霍拉桑的軍械工程師製造，尤其以布哈拉工匠製造的最爲優良，但史料卻很少記載喀喇汗軍隊在於闐戰場上使用這些武器的紀錄，原因很簡單，我們通過中亞地圖便可看出，由於高大的帕米爾高原的阻隔，喀喇汗王朝的疆域被明顯的分爲了東西兩個部分，也正是由於高原的阻隔，喀喇汗軍無法翻山越嶺、將重型武器搬運到塔里木盆地，喀喇汗軍只可以做到大兵團翻越帕米爾高原，這一戰爭史上的奇蹟，喀喇汗軍在於闐戰場上運用更多的是挖掘坑道、雲梯攻城戰術。不過有史料記載，喀喇汗軍曾在1006年使用重力投石機發射燃燒彈攻打加茲尼王朝的巴爾赫城。
軍隊組織
正如各大帝國強盛時期一樣，此時如日中天的喀喇汗軍隊有着嚴密的組織與完善的指揮，儘管在衆多突厥帝國之中，喀喇汗的軍事成就並不算輝煌，但喀喇汗軍隊仍然是中世紀時代一支不得不提的中亞勁旅。由於突厥人是遊牧民族出身，因此軍事編制仍保留了遊牧民族時代的遺風，最基本的軍事單位爲圖曼(Tuman)，即萬帳、萬戶，之下再分千戶、百戶，以十進制的編制方法遞進，這套組織程序相當簡單，但卻十分實用，後世的蒙古帝國、帖木兒帝國、奧斯曼帝國仍然屢試不爽，隨着喀喇汗王朝由一個遊牧國家逐漸轉型爲一個半農耕半遊牧的帝國，軍隊組織也出現了相應的調整，比如出現了重武器隊、輜重隊等專業化部隊，各支軍隊的分工也更加明確。喀喇汗軍隊的指揮官往往也是省份、城市的行政長官，比如宮廷大官伊利克、省份長官哈克木、城市首領伯克，有時爲了區分官階的差別，頭銜之前還要加上阿爾斯蘭(獅子))、貝里(狼)、博格拉(駱駝)等動物稱號，這種軍政合一的制度始終貫穿喀喇汗王朝的歷史。
行軍
隨着帝國版圖的日益擴展，喀喇汗帝國建立了套完善的物資補給與運輸通訊系統，帝國在各大城市之間修建公路，建立驛站，並設立專門的伊利克進行管理，以確保通訊的快捷以及運輸的通暢，常見的交通工具如雙峯駱駝、驢、騾、馬、牛。在可汗發佈戰爭命令之後，由驛卒乘馬前往各大城市，通知地方官僚，地方官僚再根據實際組織本地的軍事力量，併合理籌備軍用物資，於一定期限內向可汗報道，可汗在清點完人數之後，便會率領大部隊向着目的地進發。大軍按照若干個圖曼的組織方式依次行軍，在行軍過程中，欽察、康裏等遊牧部落的輕騎兵負責開路、偵察、側翼掩護，來自城鎮、村莊的穆斯林志願軍作爲先鋒處在全軍前列，城市常備軍作爲軍隊的主體緊跟其後，由軍事地主組成的伊克塔騎兵並列左右兩翼，一部分則負責殿後，兼顧後勤部隊以及牧羣的安全，作爲精銳部隊的古拉姆重騎兵作爲全軍的核心處於中軍位置，環繞在可汗的指揮官的大帳周圍。部隊一般會選擇駱駝作爲運載物資的主要工具，不僅是因爲駱駝的載重量更大，更是因爲中亞的沙漠戈壁較多，使用駱駝可以加大效率，節省草料。帝國後期，由於汗庭無能與官府腐敗，各大城市之間的公路趨於廢棄，帝國曾經運轉良好的通訊系統形同虛設。大部隊在休息時，一般會按照嚴密的規劃佈局紮營，指揮官大帳設在軍營的中央進行嚴密保護，軍營之中，廚房、鐵匠鋪、公廁等設施一應俱全，出於穆斯林對身體清潔的需求，軍營之中還會設有流動的土耳其浴室。
戰術
帝國時代的喀喇汗軍隊，其戰術繼承了中亞、北亞遊牧民族與中亞綠洲定居民族各自的長處，同伽色尼軍隊、塞爾柱軍隊、古爾軍隊等帝國軍隊有着類似的戰術體系，騎兵部隊始終是喀喇汗軍隊最爲出色的有生力量，而步兵戰術與攻城的發展更是讓喀喇汗軍隊如虎添翼。在遭遇戰中，喀喇汗軍一般先會派遣遊牧部落的輕裝騎射手包抄至敵軍周圍，通過反覆不停的投射消耗敵軍精力，而後，數量龐大、視死如歸的穆斯林志願軍發起衝鋒，正面抗衡敵軍的進攻，而常備軍緊隨其後，壓住陣線，與此同時，早已排列在兩翼的伊克塔、古拉姆騎兵迅速以剪刀狀的陣型包抄敵軍，這些重騎兵纔是喀喇汗軍隊的主力與精華所在，他們憑藉裝備與陣勢徹底擊垮敵軍。這種戰術，實際上與後世的奧斯曼土耳其軍隊，烏茲別克軍隊等也是大同小異，只不過後世的軍隊戰術更加完備。喀喇汗軍隊的戰略在帝國的前期中期也很令人稱道，例如在992年攻克薩曼朝首都布哈拉的戰役中，喀喇汗正可汗阿里.阿爾斯蘭汗與副可汗哈龍.博格拉汗分別率領兩大兵團，分南北兩路進軍，博格拉汗北上沿克孜勒庫姆沙漠悄然而下，阿爾斯蘭汗則以迅雷不及掩耳之勢穿插過布哈拉—撒馬爾罕的防線，繞到了布哈拉以南，對布哈拉形成合圍之勢，使得薩曼波斯的大部隊陷入腹背受敵的局面，從而最終被喀喇汗軍逐步分化，消滅。
通過近一個世紀的發展，喀喇汗軍隊由原先的純遊牧部落軍隊發展成爲一支攻守兼備、體系完備、戰術齊全並囊括定居民族與遊牧民族各自優勢的強大軍隊，喀喇汗帝國軍隊的進步，伴隨着喀喇汗帝國版圖擴張，以及突厥人的定居化加速。
