路是人走的。在这人迹罕至之处，玄奘硬是辗转回旋，踩出一条路来，不觉到了高昌境。原来玄奘在凉州讲学，来往商贾已经把他的大名一路传扬开来。高昌王听说玄奘要来，兴奋不已，早就派人沿途恭迎。忽然传报玄奘快到，高昌王彻夜等候，王母和王妃都手捧蜡炬，迎来殿前。眼见玄奘风尘仆仆，劳顿不堪，大王感动之至，连连诉说切盼之心。满宫闻言，钦佩莫名，纷纷泪下。然后，大王认玄奘为弟弟，王母认玄奘作儿子，精心照顾，请求开演佛法。玄奘开讲《仁王经》等经，每次听完，道俗二众都依依不舍，希望和尚久留此国，启蒙大众。众人执意挽留，玄奘却决意拚死西去，辞谢说：“本来也想在贵国多住多讲，可是我西去的决心已定，至死不渝了。如果如来法流停滞在这里，不但有亏于我当初的意愿，也会使大家都遭法障。”说完三天不吃东西，大家不敢再劝。王母出来说：“于今和大师一遇，都是你我往世的因缘。求法东归之日，还望再蒙教诫！”于是跟玄奘手传香信，正式发誓结为母子。高昌王为之泪流，命人赠送各种礼物，并派60坐骑，携带24封书信，陪同前往，送到突厥叶护可汗衙所。突厥叶护可汗管辖着60余国，见到高昌王的信件和来使，便派坐骑数十一路护送。所过之处，只要有名僧胜地，都一定让玄奘下马参访流连。沿途迎送，礼同皇族，极尽隆盛。如此经过16国，越过大雪山，直抵北印度的迦毕试国。
玄奘在北印度诸国走访参学达两年之久，听老法师讲《俱舍论》、《顺正理论》、《因明论》、《声明论》；跟老婆罗门学习《经百论》、《广百论》；跟大德调伏光学习《对法论》、《显宗论》、《理门论》；在大德月胄习那里学习《众事分毗婆沙》。然后转入中印度，学习《经部毗婆沙》、《辨真论》、《随发智论》，在戒日王的国都曲女城学习《佛使毗婆沙》、《日胄毗婆沙》。这些经论可能大体反映了当时北印度和中印度的学术状况和玄奘的学术兴趣，主要是瑜珈行派和小乘有部。不过据后来到长安的印度僧人日照（地婆诃罗）说，印度当时的那烂陀寺有两大论师，一位是戒贤，一位是智光。玄奘所宗的是戒贤，属于瑜珈行派。而智光属于大乘空宗。
在中印度，玄奘曾经与徒伴20余人在大森林中遇盗，什物被抢劫一空，差一点丢了性命。逃脱出来，靠乞食活命，遇到一个婆罗门，自称700岁，看上去像30，说是龙猛的弟子，就停下来学习一个月。后来经过吠舍厘国，到达佛陀说法根据地摩揭陀国，在这里巡礼首都王舍城、释迦牟尼成道的伽耶城等圣地，然后转往那烂陀寺。
摩揭陀国的那烂陀寺，是当时印度最著名的寺院和佛教中心，汉语翻为“施无厌寺”，因为有五代国王不惜钱财营造并供养此寺，因而得名。
其中有5个大院，共用一个大门。寺内有清水环流，花香鸟语，计有4000僧众，加上过往客人留住参学者，共有万余人，都由寺院供给衣食住行。
玄奘到达的时候，寺内40名大德早有准备，把他迎往庄中歇息过夜，“庄”就是释迦牟尼神通第一的弟子目犍连的本村。第二天用过斋，僧众200人和俗众千余人手擎幢盖香花，欢迎玄奘进入都会，相互慰问。然后有20余人将玄奘引入正法藏所，拜见戒贤大师。
戒贤（529～645）是瑜珈行派大士护法（530～610）的弟子，当时106（或者105）岁，威望极高，之所以号为正法藏，是因为博闻强记，一切大小经论，无所不通。昔日商怯王灭佛，坑杀僧人，戒贤大师也在被坑之列，后被人救出，潜沦草莽之中。戒日王除灭商怯王之后，道俗都推举戒贤出来主事。戒贤就利用戒日王的税物重建寺院。
玄奘礼敬戒贤，戒贤请玄奘坐下，问：“从哪里来啊？”玄奘说：“从支那国来，想学瑜珈等论。”戒贤一听，泪流不住，马上叫来弟子觉贤，说说旧事。觉贤就讲了一段因缘。原来戒贤大师3年前得过大病，像刀刺一样疼，疼得他不想吃饭，打算就这样饿死算了。后来梦见一个金色人说：“你不要舍命。过去你作国王的时候，害过很多性命，应当悔过，不该自杀。有个支那人要来这里学习，已经上路了，三年之内就可以到达。
你要用佛法施他，让他流通到支那，你的罪过自然就消灭了。我是文殊师利，所以来劝和尚。”觉贤说完，戒贤问：“在路上几时了？”玄奘说：“出门三年了。”戒贤一听，跟他梦见的一样，不禁悲喜交集。当时正是贞观8年（634），在国内行程大约一年，跨出国门也就大约三年。
玄奘被那烂陀寺推举为十大德之一，受到优厚的待遇，特殊的尊重。
他花了大量精力听戒贤讲《瑜珈师地论》，同听者数千人，一年零5个月讲完。后来又花9个月重听两遍。又听讲《顺正理论》、《显扬圣教论》、《对法论》各一遍，《因明论》、《声明论》、《集量论》等各两遍，《中论》、《百论》各3遍；外加《俱舍论》、《毗婆沙论》等。这样，在那烂陀寺学了5年，从贞观8年学到12年（634～638）。其中对《瑜珈论》特别下功夫。玄奘朝夕不停地学习，不忍东归。戒贤大师说：“我老了，看到你这么舍命求法，花了10年功夫才有今天。我不舍老朽，竭力给你讲解。法贵流通，岂能独善。要是再参学其他各部，恐怕失去弘法的机缘啊。智慧无涯，只有我佛才能穷尽；人命如露，早晚就得归天。不如回国弘法去吧。”
就给玄奘打点行装，赠送经论。玄奘说：“遵命。我打算遍访诸国，然后从北边回国，因为高昌王跟我有约，不得有违。”
于是东行大山林中，周游东、南、西印列国，遍访名师，广学经论，游览胜迹。在南印度伊烂孥国，看到佛陀打坐印迹，深入石中一寸。到印度最南方的秣罗矩吒国，看到古师子国已经沉人海中，由于没有同伴，打消了前往海中一游的念头。在北印度钵伐多国（巴基斯坦旁遮普）停住两年，跟几位大德学习《正量部根本论》、《摄正法论》、《成实论》等，然后往东南折回那烂陀寺，已是贞观12年（639）。
玄奘礼拜戒贤大师后，又去寺西的低罗择迦寺学习有部三藏和《声明论》、《因明论》。再去杖林寺胜军居士那里学习《唯识抉择论》、《意义理论》、《成无畏论》、《不住涅槃论》、《十二因缘论》、《庄严经论》，并咨询了《瑜珈论》和《因明论》。这样又是两年，到了贞观14年（642）。那时侯他作了一个梦，看见杖林寺内外庙宇树林在大火熊熊中化为灰烬，只听一个金人告诉说：“10年后戒日王崩，印度大乱，如遭大火灾。”觉醒后把梦境跟胜军居士说了。据说后来这个梦果然应验。
再返那烂陀寺后，应戒贤正法藏的嘱托，为寺众主讲《摄论》和《唯识抉择论》。
那烂陀寺早先有个大德，叫师子光，创立中观宗，破斥瑜珈行派的三自性等学说。玄奘知道此事后说：“圣人作论，并没有什么相互矛盾的，只有在学生那里才有分歧出现啊。”因此造《会宗论》3千颂，呈送戒贤，得到大家称赞。可见玄奘虽然主攻瑜珈，但是对于中观也能会通。
起先南印度王的灌顶师，名叫般若氇多，是正量部的，造《破大乘论》700颂。戒日王东征西讨，到了乌荼国，国内的小乘师将他们保存下来般若氇多的《破大乘论》献给戒日王，请求大王准许他们跟大乘师展开论辩，决一雌雄。戒日王修书一封，建议那烂陀寺可派擅长大小内外诸经的4名僧人，准备迎战。戒贤就指派海慧、智光、师子光、玄奘4人应命前往。
还没有来得及动身，就有一个顺势派外道前来求战。他把自己的主张写了40条，悬挂在寺院门上，夸下海口说：“谁能驳倒，我斩首相谢。”
大意是说地水火风四大乃是人和万物的原因，论述非常微密，最难研究，好比中国的阴阳八卦，谁能搞清楚里面的术数？这个外道执意要“决斗”一场，按照印度的规矩，论辩失败的，首先让他骑驴，用屎瓶浇顶，游街示众，让他身心全都折服，然后把他贬为奴隶。寺内僧人们都疑疑惑惑的，不敢应战，惟恐失手，后果不堪设想。玄奘在印度多年，深通论辩之道，就出来对阵。往来几个回合，就堵住了外道的思路，使他理屈词穷，不敢吱声。僧人们欢声雀起，乐得直蹦。外道倒也守信，请求照规则受罚。玄奘不肯，说：“我法仁厚宽恕，不用酷刑。你作我的弟子，好好侍奉我就行了。”然后把乌荼的破大乘论弄来，稍微一看，就发现毛病，便问所伏外道：“你听说过乌荼人的理论吗？”答日：“不但听说过，还很熟悉呢。”玄奘让他快说。因此得以通达其义，揭露其中的漏洞，阐发大乘玄义，写成《制恶见论》1600颂，呈交戒贤。戒贤等大师都赞叹说：“此论灭尽天下论寇，谁能抵挡！”
到此为止，玄奘所学基本完成，准备东归弘教。他告别戒贤，首先应邀东赴迦摩缕多国，在该国结交拘摩罗王（童子王），两人一见如故。又应童子王之请，驳倒本国众多外道邪说。又回答童子王的问题而造《三身论》300颂，赞扬如来三身之德，童子王顶戴皈依，连叹“未曾有也”。
这时候，戒日王的大臣报告说：“大王，支那国的大乘天道德弘被，为童子王看重，请把他迎来吧。”大乘天，乃是当地人对玄奘的美誉，意思是“大乘学的权威”。戒日王说：“我早就多次请过他了，怎么还不来呢？”就请童子王送玄奘前来，到戒日王的羯若鞠阁国共会。童子王派遣象军一万、方船3万，护送玄奘渡越恒河，直奔羯若鞠阁国而来。戒日王也连同官兵臣民百万余众顺流而下，同集恒河西岸的国都曲女城。
玄奘和戒日王同聚盛会，首先相互问候致礼，散花设颂，作法供养。
戒日王关切地问：“弟子久仰，邀请多日，大师为何不来啊？”
玄奘说：“有些法课没有听完，所以延误王命了，抱歉。”
戒日王又问起中国的情况：“听说支那国有秦王破阵乐歌舞曲。秦王是什么人，作这样的歌曲？”
玄奘说：“秦王就是我国的天子，是大圣人。拨乱反正，恩泽六合，所以有这个曲子。”
戒日王说：“因此上天成就他，让他成为一代雄主啊。”
然后请人宫中，玄奘谈起有关《制恶见论》的话题。戒日王对旁边的论师说：“日头出来了，萤火就无光。论师所说高论，他都可以破斥。你们可以试试，看能不能挽救乌荼的《破大乘论》？”那些小乘师都不敢答话。
戒日王感叹道：“这篇宏论虽好，只是还没有广闻天下。我想在曲女城开个大会，召请五印度的能言之士，各自发表高见，以便改邪归正，弃小从大，不是很好吗？”当即下令普告天下，汇集一切沙门婆罗门内外诸道，来到曲女城。腊月时分，聚集了万把人，能够辩论的，计有数千。18国国王也都到齐。那些辩才个个都说能够克敌制胜。于是安像献花，燃香奏乐，让玄奘升座。玄奘将自己的论点写出，由另一法师读给大家听，并悬挂一本在会场大门外，让大家驳难。可是18天中，竞无一人敢出来发问，玄奘只是“鸣枪示众”，便“千军归附”了。戒日王大加赞叹，赏银钱3万，金钱1万，衣服百件。
然后让大臣手执玄奘的袈裟，走到众人中间大喊：“支那法师辩论获胜！ 18天中无人敢问！大家听清楚了！”
一时僧众兴奋异常，都说：“佛法重兴了！连边国之人都有这么好的智慧辩才啊！”大乘人齐夸玄奘为大乘天，小乘人一致称赞玄奘为解脱天。
当时印度人早就思慕中国，可是苦于没有信使相通，一直没有正式建立外交关系。玄奘到印度后，极赞华夏物华天宝、人杰地灵，使戒日王和道俗四众羡慕不已。印度人古来都说：阎浮提一洲，四王所治。东方是支那，主人王；西方是波斯，主宝王；南方是印度，主象王；北方是猃狁（xian yǔn），主马王。现在通过玄奘的介绍，印度人更加知道中国的伟大，戒日王后来便派使节东来，跟唐朝正式建立了外交关系。
辩论获胜，玄奘又跟从戒日王随喜了钵罗耶伽国举行的5年一次的无遮大施会，到会人数50余万，前后花去75天时间。然后戒日王、童子王等18大国王跟玄奘执手挥泪告别。戒日王派人护送玄奘出境，临行赠以大象、佛像和金银财宝，玄奘执意不受。旁人劝道：“大象是最胜宝物。自从佛灭度以来，国王虽然敬信佛法，隆重供养，可是从来没有赠送大象。
这是国宝，既然相送，就是最大的敬信了。”这头象又圆又大，高一丈三，长两丈，上面可以坐8个人，还可以装下许多行李；样子像一堵大墙，飘行空中；虽然行走如飞，却安稳平正，连瓶子里的水都不怎么晃动。玄奘见盛情难却，就留下大象，退回金银，辞别众人，让大象驮着几百本梵经和佛像，在戒日王派出的随行人马护送下，启程回国。
在渡越信度大河时，遇到风浪，丢失了50夹梵书和一些奇花种子。然后翻越大雪山，走过葱岭，进入于阗，因国王延留，就停住下来，日夜给于阗僧人讲述《瑜珈论》、《俱舍论》、《摄论》、《对法论》四部经典。同时派人随同商侣回朝禀报回国之事。7、8个月后使人回来，奉命迎接玄奘回京，遂于贞观19年（645）到达长安，受到隆重的欢迎。京师5天之内修道四众全部“废业”庆贺，全城喜气洋洋。前后17年的留学考察修行生活结束了。