到达了王舍城，他在631年进入了摩揭陀国王舍城那烂陀寺，那烂陀寺用汉语来说就是施无厌寺。是当时五印度数以千计的寺院中，规模最大的寺院，占地一千二百余亩，也是五印度最高的佛学学府，其佛学代表了古印度的最高学术水平。这里有个著名的高僧戒贤。戒贤法师当时已经九十来岁了，他派了四个高僧迎接玄奘，先到寺庄去迎接他。寺庄可不是普通的村庄，这是当年释迦牟尼的大弟子之一目犍连尊者出生的地方，就是中国人常常说盂兰盆会中的目连的出生地。玄奘跟他老师在那烂陀寺经过五年的刻苦学习，学法学经，精熟了大小乘经论真义，还进一步钻研梵文及学习印度各国方言，所有这些为他日后翻译佛经打下了坚实的基础。在那烂陀寺学习五年后，他已经是一个饱学之士了，但他还是打算继续在印度留学。他辞别了戒贤法师，周游五印几十个国家，到处拜访名僧。沿途他看了很多佛教的古迹，听到各种传说，比如龙池等等，比如女儿国啊狮子国等等，这些本身就有很多神话传说在里头，玄奘这些活动在《大慈恩寺三藏法师传》里都有记载。

最后玄奘又回到那烂陀寺，参加了一次轰动印度宗教界的一次辩论会。当时，有一个小乘佛教大师写了《破大乘论》700颂献上，说这是他们小乘宗的论据，大乘宗休想破译其中一个字。想与大乘宗当面辩论。那烂陀寺的高僧都想与之辩论，可又怕驳不倒对方。玄奘自告奋勇要求代表那烂陀寺参加辩论大会。他已经42岁了，对瑜珈学说有全面的了解，所以他的学术水平达到了当时古天竺最高水平。他根据小乘佛法的见解，写下了1600颂的《制恶见论》。这次在曲女城举行的无遮大会，就是各地的僧侣聚集在一起的辩论会，由笃信佛教的曷利沙帝国国王戒日王主持。当时，戒日王统一了辽阔的北印度，并征服了除南印度以外的大部分地区，是五印度各邦国的盟主。因此，辩论会规格非常高。大会第一天玄奘提出了《制恶见论》作为辩论的主题，一天过去了，没有人提出驳论，由于玄奘法师的学术水平很高，以致于无论大乘还是小乘，始终没有人敢跟他辩难，直到第18天，还是没有对手，戒日王宣布玄奘为优胜者。他在印度人民的心中也是非常崇高的，日本人印度人写的有关玄奘的书，都充满了对他的敬佩之情。参加这个大会以后，在他43岁时起程回国了。

当古印度朝野得知玄奘法师要回国的消息后，都苦苦挽留，鸠摩罗王甚至提出：法师如果能住在这里不走，他要为玄奘建造100所佛寺。但这些都没有打动玄奘坚决回国的意志。众僧纷纷向他赠送贵重的礼物。玄奘都一一婉言谢绝。回国出发那天，玄奘用戒日王提供的大象、马匹驮了他历年来收集的经籍、佛像和珍稀花果的种子，启程回国。戒日王、鸠摩罗王这些在印度历史上赫赫有名的国王亲自率臣民为玄奘送了一程又一程，整整送了五十里路。人们依依惜别，恋恋不舍，戒日王、鸠摩罗王此时也泪流满面。

当时，北印度还不太平安，盗贼很多，玄奘为了避免意外，派一个人走在前面，遇到强盗，就向他们说明所带的只是一些经书和佛像，请准予放行，这样，虽然路上屡遇强盗，却安然无恙。谁知，在渡印度河的时候，船至中流，忽遇风浪大作，船剧烈摇动，众人防护不及。致使50卷经书和印度特产的花果种子落在水里了，所以他后来又重新抄经。玄奘为此颇为烦恼，但事已如此，也无更好的办法。这和《西游记》第99回描写那通天河老鼋因不满唐僧未能在如来佛祖面前问寿，因而“就将身一幌，呼啦的淬下水去，把它四众连马并经，通皆落水。”情节很相似。也许小说作者借鉴了这个故事，丰富了小说的创作。这些经历大都记载在《大唐西域记》一书中。《大唐西域记》是玄奘奉唐太宗之旨口述，由门徒辩机辑录而成的。书中记述了他亲身经历一百多个国家和地区的见闻，“皆存实录，匪敢雕华”，使其具有较高的学术价值。