玄奘帶著一大批佛典，心中有著無盡的使命感和來自時間的壓力。西行印度時，玄奘選擇的路線蜿蜒曲折，因為他到處巡禮遊覽。而回國的路線則簡單得多，除了不得不轉彎的地方外，大部分都是直線前行的。在今印度、巴基斯坦和阿富汗境內的路程，玄奘選擇的都是以前走過的並且最快捷的路線。但到了阿富汗與中亞的交界地帶，玄奘則轉越蔥嶺，開始一段從未走過的路線，也就是沿古時通西域的南道，向河西走廊行進。
行到毗羅那拏國時，住在那裏的原那爛陀寺的同學師子光和師子月都跑來迎接，在二人的盛情邀請下，玄奘在那裏開了兩門課，講授了兩個月才離開。玄奘來到了闍爛達羅國，那裏的烏地多王曾答應幫忙運送佛像、經典。玄奘把要托運的東西進行了一番整理，率領一行人進入了今巴基斯坦東北境。沿途有很多盜匪出沒，玄奘來時就曾在這一帶遭過洗劫。這一次玄奘想出了一個法子，他派人在隊伍前，先告訴土匪他們所運的隻是一些佛典之類不值錢的東西，請他們放行。果然玄奘一路上再沒受到什麽損害。後來迦濕彌羅王得到消息，特派專使來請玄奘舊地重遊，玄奘婉言拒絕，稱大象行動不便而繼續上路。後來在一次渡河的時候，玄奘自己騎象，那些佛經和佛像都通過船來運送，一些人負責在船上照料，不料到了河心的時候，突然刮起一陣大風，船身左搖右晃，夾經本和花種都從船上掉了下來，無從救及。後來一行人來到了烏鐸迦漢荼城，來迎接玄奘的迦畢試王告訴玄奘，自古以來，凡載運奇花果種的船渡河時都會遇到這種情況。玄奘隻好派人到附近的烏仗那國將遺失的佛典重新抄寫，因而又耽擱了五十多天。隨後他們又來到了迦畢試國境內，國王派了一百多人協助玄奘越過興都庫什山。他們用了七天的時間才登上最高的那座山，那裏終年積雪，寒風凜冽，人幾乎無法站立，就連鳥的飛行都變得很艱難，隻能挑選風小的地方活動。人無法騎馬，隻能相互攙扶著前行。
越過興都庫什山，往北進入活國。那位當年娶父王之妃的國王仍然在位。經過數國後，玄奘從一個年輕商人那裏聽到一個消息，高昌王已經去世了，玄奘就改變了原定的返回路線，改道而行。
原來高昌王送走玄奘後，仍與唐朝親善，唐太宗特地賜他李姓，以示恩寵。高昌所在的吐魯番盆地，原為西域各國進入中國的必經之路。後來不知出於什麽緣故，高昌王經常扣留路過的各國貢使，還勾結西突厥企圖攻打伊吾，大唐派使者訓斥之後才放棄。後來高昌又與西突厥合攻其西的焉耆，焉耆國王忙向大唐請求支援，唐太宗就派遣大將侯君集、薛萬徹率兵攻伐高昌。第二年，也就是曲女城大會的前一年，唐朝大軍壓境，高昌王憂慮而死。他的兒子和高昌的臣子全被押到了長安，高昌最終變成了大唐的西州，大唐在那裏設置了統管西域的安西都護府。
玄奘一方麵為高昌王的死感到悲哀，但另一方麵，他也可以在大唐的盛世國力的威懾下，以天可汗的臣民身份，自由選擇歸國的路線，而不用擔心太多的政治阻礙了。玄奘於貞觀十七年（公元643年）出發向東邊的帕米爾高原前進，途徑幾個國家，玄奘又進入了一片山區，來到了帕米爾高原上最大的帕米爾河邊，玄奘說它“寒風淒勁，春夏飛雪，晝夜飄風……遂致空荒，絕無人止”。
經過幾個山區國家，玄奘預備去一趟疏勒。不料途中碰到一批山賊，在混亂之中，那頭負責載運經典、佛像的大象落水而死。他隻好派人前往疏勒等地訪抄經本。有一個叫利涉的西域僧人在去唐朝遊學的途中與歸國的玄奘相遇，就拜玄奘為師，成為玄奘的高足之一。馬上就要回國了，玄奘心吵開始為當初偷渡出境之事感到擔憂，另外，運送經書的大象死了，他也需要政府的幫助。於是，玄奘最終決定先上表皇帝，向太宗解釋當年犯禁的苦衷，及出關後一路西行的感慨，還寫道：“為所將大象溺死，經本眾多，未得鞍乘，以是少（稍）停，不獲奔馳早謁軒陛（無法早日見到皇上），無任延仰之至。”玄奘將信托由高昌人馬玄智送往長安，自己則留在闐開講經論，等待回音。七八個月之後，馬玄智從京城帶來了太宗的敕書，上麵寫道：“聞師訪道殊域，今得歸還，歡喜無量，可即速來與朕相見。”太宗還通令於闐以東各國沿路護送，敦煌的地方官前去迎接。玄奘大喜，一顆忐忑的心猶如撥雲見日，豁然開朗，迫不及待地整裝上路，就連尋覓佛典的人尚未歸返也顧不得了。
玄奘從於闐王城東行三百餘裏至古戰場，再東行三十餘裏至媲摩城。往東便進入流沙之地。大流沙中根本沒有路跡可循，隻有一些遺骨散亂地分布著，四顧茫茫，難分東西，定力不足很可能就會精神錯亂。玄奘一行人終於來到古月氏地，最後行至鄯善。貞觀十八年（公元644年）年底，玄奘輾轉到達唐境，敦煌官員準備了人力鞍承，恭迎玄奘。來到沙州，他再度上表給太宗，當時太宗在東都洛陽，準備親率大軍遠往高麗。
玄奘得知太宗即將親征高麗，便快馬加鞭地趕路，怕晚了就不知道何時能謁見聖上。一直趕到長安西南三十裏處的一個通往京城的運河碼頭，看到正好有船待發，玄奘一行將所有行李搬上船，向京城急駛。
貞觀十九年（公元645年）的正月，玄奘終於回到了長安。籌劃接待的官員根本沒想到他會這麽快到達，準備工作還沒完成，玄奘法師西天取經歸來的消息早已經在長安城街上四處流傳了。當玄奘一行到達時，整個碼頭人山人海，善男信女們爭向船上的玄奘敬禮，擠得玄奘壓根兒沒法下船，索性當晚就在船上過夜。