游学返归长安，以游方客僧名义住大觉寺，随道岳、僧辩等大师习经。年底拜会印度学者波顿大师准备出国。

唐太宗贞观元年（627年） 28岁

九月，开始西行。从长安出发，经甘肃天水、武威、安西，出玉门关，闯烽火台，走出800里沙漠戈壁，于年底出境，到达伊吾国（新疆哈密）。

贞观二年（628年） 29岁

年初住高昌国（新疆吐鲁番）两月。高昌王麦文泰派人马护送玄奘西行。

三月，到屈支国（今新疆库车），因大）封山，不能进发，遇菊多法师论道两月。

五月，过凌山天险，护送人马死伤十有三四。又经热海，到素叶城（吉尔吉斯境内）会见西突厥王统叶护可汗。可汗传令所辖西域诸国提供方便，并派通晓汉语的摩咄等人接替高昌人员护送。

六月至八月，过铁门，翻越大）山，途经10余国进入北印度境内。

贞观三年（629年） 30岁

由北印度向中印度进发，沿途考察佛迹访求经典。在迦湿弥罗国遇到印度佛教史上第四次大结集时遗留的珍贵经典。

贞观五年（631年） 31岁

冬，抵留学目的地那烂陀寺。在此拜戒贤大师为师，留学5年。主攻瑜伽之学，兼读印度因明、声明、医方、数术和婆罗门书。

贞观十年（636年） 37岁

离开那烂陀寺，游历东印、南印、西印地区3年。又往杖林山胜军大师处问学两年。

贞观十五年（641年） 42岁

七月，回到那烂陀寺，开设讲座，舌战外道。