玄奘一行離開高昌國後，往西行約百里到達了阿耆尼國（今新疆焉耆），但因阿耆尼國曾遭高昌國侵擾，兩國關係緊張，所以國王不肯為玄奘提供補給。玄奘等僅在阿耆尼留宿一天便離開，前往屈支國（又稱龜茲，今新疆庫車）。雖然玄奘在阿耆尼國僅停留一天，卻在《大唐西域記》一書中用了數百字來記當地的風土人情，山川形勢，為後世研究者保留了極其珍貴的原始材料。玄奘等從阿耆尼國往西行約七百里，途中渡過一大河，便到達屈支國。當他們行近王城時，發現國王已經率領群臣及高僧木叉鞠多在王城東門外恭候玄奘的到來。起初玄奘得悉木叉鞠多曾在天竺遊學二十多年，對小乘佛學頗有心得，尤善聲明學（即天竺文字），深受屈支國上下所尊重推崇，故以後學自居。然而木叉鞠多見玄奘來訪，僅以普通客人接待，頗為輕蔑。玄奘雖奉大乘為主，但亦兼習小乘，便向木叉鞠多提問關於小乘佛學《俱舍論》、《毗婆沙》等數處，木叉鞠多卻不知所答，或以老年忘記為借口，迴避了問答。往後二人多番論及佛經說法，木叉鞠多收起昔日傲慢無禮、妄自尊大的態度，對玄奘刮目相待，更私下對對一眾弟子說：「玄奘法師不好應付，即便他到了天竺，當地的僧人亦沒有人能比得上他。」由於冰雪覆蓋，道路未通，玄奘在屈支國停留了兩個多月才離開，臨走時屈支國王親自率僧俗多人為玄奘送行，又給駝馬和力夫若干，供玄奘使用。

玄奘等人西行兩天後，遇到突厥盜賊二千餘騎。幸運的是群盜分贜不勻起而散，玄奘等才得以脫險。繼續西行六百里，到了跋祿迦國（今新疆阿蘇克），稍作補給後，翌日便繼續行程。西行三百里後前路被山勢峻峭，峰高觸天，千年冰雪，終年不化的凌山（今天山山脈的穆素爾峰）所阻擋，玄奘等須翻越凌山才能繼續前行。但因環境惡劣，結果在這次艱險的翻山過程中，凍死的高昌國使者、沙彌、腳夫十之三四，而駝馬更過半。翻越凌山後，驟見當地人稱為「熱海」的大湖泊（今吉爾吉斯斯坦西北部的伊塞克湖）。此時，玄奘等已經穿越西域，進入了中亞地區。玄奘等在湖岸行五百餘里後，到達位於今天吉爾吉斯斯坦北部托克瑪克市的素葉城（唐高宗時建立安西四鎮，改稱碎葉城）。恰逢西突厥酋長葉護可汗率眾在素葉城周圍打獵，在高昌國使者引領下，玄奘先呈上高昌國王麴文泰的親筆信函，數日後，葉護可汗設筵席接見玄奘，席上玄奘呈上高昌國所贈的大量禮品，葉護可汗欣喜萬分，席後又請玄奘講經說法。葉護可汗聽後，以天竺氣候炎熱為由，勸玄奘多留數天。玄奘害怕當初高昌國王強留的事情再次發生，便表示他往天竺為了朝聖，求取經法，任何事情都阻擋不了他的決心。葉護可汗見玄奘心意堅決，即不再挽留，更命人找來一精通漢語的胡僧護送玄奘等到迦畢試國（今天阿富汗西部興都庫什山以南的喀布爾河流域），並送玄奘綾羅法服一裝、絹五十四，還親書致玄奘餘下將要經過的國家，以確保玄奘的行程安全。