贞观元年秋八月，玄奘抱着“求如来之秘藏，寻释迦之遗旨”的夙愿，西离长安，往游西域。途中历尽艰难，备尝困苦。唐太宗对他的不畏险阻的坚强意志有过形象的描写： “乘危远迈，杖策孤征。积雪晨飞，途间失地。惊沙夕起，空外迷灭。万里山川，拨烟霞而进影；百重寒暑，蹑霜雨而前趴。”
玄奘西出河西走廊，循天山北路，越葱岭至北、中印度各地，然后遍参高僧，广求佛法，瞻仰圣迹，精究梵文。通过潜心钻研，终于尽窥瑜伽学派的底蕴，成为戒贤大师的首座弟子。唐太宗赞之曰： “鹿死苑鹫，瞻奇仰异。承至言于先圣，受真教于上贤。”玄奘的佛学造诣为佛国所推崇，成为戒日王设法会于曲女城的论主，讲经十八日，无有诘难，佛国眼膺，可谓罕闻。
贞观十七年(643)初，誉满归国。次年春夏间到达于阗，遣人上表唐太宗，申述自己的奇迹般的经历，得到唐太宗的垂青，特下敕“于阗等道使诸国送师人力鞍乘，应不少乏。令敦煌官司于流沙迎接，鄯善于沮沫迎接。”贞观十九年正月回到长安，僧、俗士、庶倾城出观，万人空巷，焚香散花，顶礼膜拜。玄奘取经，历时十九年，行程五万余里，带回经论六百五十七部以及若干佛像、舍利、花果种子等，为中印文化交流做出了巨大的贡献。