之後，玄奘又到磔迦國（巴基斯坦旁遮普），師從老婆羅門，學《經百論》、《廣百論》；又到至那僕底國（印度北部，下同），師從毗膩多缽臘婆，學《對法論》、《顯宗論》；又到闍爛達羅國，師從旃達羅伐摩，受《眾事分毗婆沙》；又到窣祿勤那國，師從闍那多，學《經部毗婆沙》；又到秣底補羅國，師從蜜多犀納，受《辯真論》、《隨發智論》；又到曲女城，師從累縭耶犀納，學《佛使毗婆沙》、《日胄毗婆沙》。

貞觀五年，抵達摩揭陀國那爛陀寺，受學於戒賢。

玄奘在那爛陀寺歷時五年，備受優遇，並被選為通曉三藏十德之一。前後聽戒賢講《瑜伽師地論》、《順正理論》及《顯揚聖教論》、《對法論》、《集量論》、《中論》、《百論》，以及因明、宣告等學，同時又兼學各種婆羅門書。

玄奘離開那爛陀寺，先後到伊爛缽伐多國、薩羅國、安達羅國、馱那羯碟迦國、達羅毗荼國、狼揭羅國、缽伐多國，訪師參學，前後十年之久。

在缽伐多國停留兩年，悉心研習《正量部根本阿毗達磨論》及《攝正法論》、《成實論》等經論，然後重返那爛陀寺。

不久又到低羅擇迦寺，向般若跋陀羅探討，說一切有療三藏，及因明、宣告等學，又到杖林山訪勝軍，研習唯識抉擇、意義理、成無畏、無住涅盤、十二因緣、莊嚴經等論。

兩年之後，玄奘仍返回那爛陀寺。戒賢囑玄奘為那爛陀寺僧眾開講攝論、唯識抉擇論。玄奘著《會宗論》三千頌，以調和大乘中觀、瑜伽兩派學說。

在那爛陀寺，唐僧同時參與正量部學者般若多辯論，又著《制惡見論》一千六百頌。

還應東印迦摩縷波國王鳩摩羅邀請講經說法，並著《三身論》。

又與戒日王會晤，並得其優渥禮遇。戒日王以玄奘為論主，在曲女城召開佛學辯論大會，五印十八國王、三千大小乘佛教學者、外道二千人參加。

玄奘講論，任人問難，但無一人能予詰難者。

於是玄奘名震五印，並被大乘尊為“大乘天”，小乘尊為“解脫天”。戒日王又堅請玄奘參加五年一度之無遮大會，歷時七十五天。

無遮大會之後，玄奘動身迴歸祖國，於貞觀十九年正月返抵長安。

唐僧回至長安，道俗奔迎，傾都罷市。

唐太宗親自接見，勸其還俗出仕。玄奘婉言辭謝，後留長安弘福寺譯經，由朝廷供給所需，並召各地名僧二十餘人助譯，分任證義、綴文、正字、證梵等職，組成完備譯場。

同年五月，創譯《大菩薩藏經》二十卷，九月完成。

貞觀二十年正月，玄奘譯《顯揚聖教論》二十卷；並且口述，由弟子辯機執筆完成《大唐西域記》。同年尚譯出《解深密經》、《因明入正理論》，推進因明論在中國發展，嗣又奉敕將《老子》、《大乘起信論》譯作梵文，傳於印度。

貞觀二十二年五月，譯出《瑜伽師地論》一百卷，並請太宗親作經序。十月，又譯出《能斷金剛般若波羅蜜多經》。

不久大慈恩寺落成，玄奘奉敕入住，任上座法師，悉心從事翻譯佛經。

永徽三年，奏請建塔以安置經像，經高宗敕許，乃於大慈恩寺西院營建大雁塔。玄奘親負簣畚，擔運磚石，首尾二年，功業始畢。

顯慶三年，玄奘移居西明寺，因常為瑣事所擾，遂遷居玉華寺，致力譯經。

顯慶五年，始譯《大般若經》。此經梵本計二十萬頌，卷帙浩繁，門徒每請刪節，玄奘不肯，終不刪一字。至龍朔三年，終於譯完這部巨著，多達六百卷。

此後玄奘身心日衰，及至麟德元年，譯出《咒五首》一卷，遂成絕筆。

同年二月，一代高僧溘然長逝，圓寂於長安玉華