离开高昌后，玄奘与欢信等高昌护送人员排成长行，浩浩荡荡向西行进。过了十几天，经过无半城，笃进城，到达阿耆尼国（今新疆焉耆县境）。玄奘归国后写《大唐西域记》记述西行经历时，就是从阿耆尼国开始记述的。
此国南北400多里，东西600多里，四面有山，道路崎岖，是西域诸国中的一个弱小国家。气候温和，舒畅宜人。居民多穿毛织品衣着，剪发，不束巾帻。国王喜好勇略，民风崇尚旷达豪迈。文字取法于印度字母而稍加增减。境内有寺庙十余座，僧徒2000多人，信奉小乘佛教。教义戒律完全遵循印度。
在玄奘一行前往阿耆尼国王城的路上，遇一佛教圣迹，名叫阿师父泉。此泉在大道旁边的沙崖上，崖高数丈，泉水从半崖涌出，行人抬头可见，甚是奇特。此泉地址在今新疆托克逊县西南的阿格尔布拉克。问起此泉来历，玄奘感到更为神奇。
当地传说，从前这里并无水源。有个上百人的商队路经此地，所带的水用完了。但见旷野千里，渺无人烟。正在干渴难忍之际，商队中有一行脚僧同行，他除了衣钵，别无他物。途中所需食物，全靠商队供给布施。随行以来，少言寡语，谁也不知他的来历。正当大家为断水而焦急的时候，行脚僧不慌不忙，一副若无其事的样子，他对大家说，要我求水须先依我三件事。第一，先随我拜佛。第二，接受三皈五戒。第三，我上崖求水，大家须在下面祈祷，口中连念“阿师父赐水”。商队在危难之时，只好按照他的吩咐去做。
行脚僧登上沙崖，商队的人们跪在下面祈祷，奇迹果然出现，沙崖的半腰间突然涌出一道清泉。商队复活了，大家喝够了，盛水的皮囊装满了，却不见行脚僧下来。上去一看，万万没想到行脚僧已坐化逝世了。刹那间，欢欣鼓舞变成了巨大的悲哀。商队哭声震天，哀悼这位救命菩萨。
按照西域习俗，商队的人们将他的遗体火化，在他坐化的地点，用砖石砌成一座塔，安放他的骨灰，让后人纪念。从此这个奇特的山泉，水源不断，为往来商旅提供泉水。因为当时谁也不知那个行脚僧的姓名，为了纪念他，按照当时的祈求语称此泉为“阿师父泉”。
在阿师父泉住宿一夜，与数十名胡商同住。当晚，胡商贪先贸易，夜中私发，前行十余里，遇盗贼劫杀，无一人逃脱。及至次日玄奘等人赶路，经过胡商遇难之地，只见胡商尸体横七竖八，躺在地上，财产全无。又渡河南行40里，抵达阿耆尼国王城。国王率大臣迎接，玄奘入城，补给供养。惟因阿耆尼国与高昌有隙，不肯给马，玄奘停宿一夜而过。
离开阿耆尼国王城，行700里，到达屈支。屈支，今新疆库车，古称龟兹。在西域诸国中，并不算大国，但佛学兴盛。有100多所寺院，5000多僧人。从屈支再往前行，便是葱岭。当时已是寒冬季节，葱岭冰雪封冻，骡马不能前行，只好在屈支停留了两个月。
在屈支国，玄奘接触最多的人是木叉菊多。此人是该国佛学泰斗，曾留学印度多年，对印度的声明学即语言学有深刻的研究。自国王以下，屈支国的人对他都十分敬重。起初，菊多大师常对玄奘有轻视傲慢之语气。相处日久，玄奘向他请教梵文中的问题，与他讨论佛经义理，彼此增进了了解。菊多不再倚老自重，他对屈支王的叔父智月法师说：“这位大唐和尚很不容易应对，印度的壮年学者未必有他那样渊博的学识。”
两月后，雪地解冻，屈支国王增派驼马，送玄奘西行。经拜城，到达葱岭北隅的凌山脚下。准备翻越凌山天险。
凌山，即今天山山脉腾格里山穆素尔岭。又名冰达坂。此山高7000米，终年积雪，冰冻不化。山下仰望，白皑皑一片冰雪，上与云连，俨然是一座高耸入云的冰山。山坡结冰，又冷又滑，立足不易，攀越艰难。山上冰凌成峰，高达百尺，奇形怪状。遇有雪崩发生，冰峰断裂，巨大的冰块满山滚落，夹杂着狂风暴雪，行人吉凶难测。玄奘在《大唐西域记》中是这样描述凌山天险的：
至凌山，山谷积雪，春夏合冻，虽时消泮，寻复结冰。经途险阻，寒风惨烈，多暴龙难，凌犯行人。由此路者，不得赫衣持瓠，大声叫唤，微有违犯，灾祸目睹，暴风奋发，飞沙雨石，遇者丧没，难以全生。
玄奘与高昌护送人员翻越凌山时，走了七天七夜。因为整个凌山没有一块干燥之地，更没有人家，所以只能“悬釜而炊，席冰而寝”。过凌山后，同行人员中因冻饿而死者十有三四，驼马死得更多。
越过凌山又遇热海。热海在今吉尔吉斯斯坦境内，即伊斯塞克库尔湖。热海并非海水是热的，而因水质咸苦，终年不结冰，故有此名。热海东西长，南北狭，周围1500多里。海中波涛汹涌，很少有平静的时候，在没有大风的情况下，也是洪波数丈，令人惊心动魄。海的四面环山，众流汇集，鱼龙混杂，灵怪的事迹常有耳闻，所以无人敢生网钓之念。来往行人听到热海的许多怪事，都惴惴不安，心有余悸。
玄奘一行沿热海向西北行进。约六七天到达素叶城。素叶城在今吉尔吉斯首都比什凯克附近。当时是西域各国的一个贸易中心，商业繁华，也是西突厥王统叶护可汗的都城所在地。玄奘行至素叶城郊，忽遇一队突厥骑兵，背挂弓箭，牵犬驾鹰，迎面而来。最前面的一人便是西突厥王统叶护可汗。原来，可汗正欲出城打猎。
这时护送玄奘同行的高昌御史欢信，认识统叶护可汗，他拿出高昌王的书信和礼单与可汗相见。可汗看后非常高兴，大笑一声说：“原来是大唐和尚到此，失敬失敬。”遂率人马与玄奘一同返回城中，安顿玄奘人马歇息。随后再三慰问旅途辛劳，犒赏护送人员。
进入素叶城，玄奘最担心的是统叶护可汗的态度。因为当时统叶护自继承了兄长射匮可汗的王位以来，西突厥处在全盛时期，疆域逐步扩大，西域诸国都是西突厥的势力范围。统叶护是西突厥的最高统治者，他的一句话，关系到玄奘能否顺利西行。玄奘私下问欢信道：“几天来可汗对我们热情接待，总不会像在高昌那样硬行留我吧？”
欢信道：“不可能。如今可汗的儿子娶了我高昌王的妹妹，你又是高昌王的义弟，可汗是会按照高昌王的请求帮助你西行的，再说，现在大唐厉害，可汗惹不起，现在他正欲娶大唐公主，与唐朝结亲联姻，虽然此事正在酝酿之中，但可汗迟早是大唐的女婿，所以现在凡遇到大唐来的人他都恭敬有加，以礼相待，高僧不必多虑。”
几天后果然不出欢信所料，可汗已开始派人准备玄奘路途所需了。玄奘安心下来，在素叶城停留数日，为可汗的臣民讲示五戒十善及《波罗密经》。离开素叶城时，可汗令通晓汉语的手下官员摩咄等人，陪同玄奘西行，并写了数十封国书，遣使奉书先行，分送所属各部，书信中嘱咐各国国王，沿途迎送，不得怠慢。凡有名僧圣迹之地，务必安排参访。临行前，再三叮嘱摩咄等人，要途中小心侍候，务必要送到印度边境方可回国复命。这些安排为玄奘顺利到达印度，起到了保驾护航的作用。