曲女城法會結束後，玄奘法師於唐貞觀十五年(公元641年)五月，正式向戒日王辭行回國。戒日王自然依依不捨，要求玄奘多留些日子，而一路陪同玄奘北上的鳩摩羅王亦表示，只要玄奘法師願留在印度，他願意為玄奘法師修建一百所寺廟，以弘佛法。而玄奘認為自己既學有所成，理應弘揚佛法於東土，加上離國已經十多年，是時候歸去。因此，玄奘婉拒了二位國王的好意。

起初戒日王建議玄奘可循海路回國，他會派專使護送，而玄奘卻以昔日與高昌國國王麴文泰有約在先，回國前再到訪高昌，所以仍決定走陸路回國。最後，在戒日王及鳩摩羅王的親自送別下，玄奘法師帶着大量佛經、佛像、法器，騎在象背，跟隨北印度烏地多王的部隊從曲女城出發，踏上漫長的歸國旅途。玄奘的歸國隊伍一路北行，取道今天的巴基斯坦、阿富汗經過數月的行程，到達今天阿富汗東北端的瓦罕地區，進入興都庫什山一帶。玄奘一行經興都庫什山的瓦罕走廊向東北前行，進入了大雪山。由於要過冰川雪嶺，又因地處高原氣候，經歷二十多天過雪山的艱險路程，原先近百人的隊伍，此時只剩下僧徒七人，腳夫二十餘人，大象一頭，騾四十頭、馬四匹。就在此時，玄奘聽到一個消息，在一年多前的貞觀十四年(640年)，唐太宗以名將侯君集為統帥，消滅了高昌國。國王麴文泰驚悸而死，其子及臣僚全數被遷至長安，高昌國國土成為唐朝的地方行政域，稱為「西州」。玄奘於是不再繞道高昌，從天山南路返回長安。經歷八百多里路程後，玄奘走出了葱嶺，到達烏鍛國，即今天新疆莎東縣，又北行五百餘里，到疏勒國，即今天新疆喀什市。再從疏勒南下八百里走今天新疆南路，到達瞿薩旦那國，即漢代的于闐，今天的新疆和田市。

在于闐，玄奘應國王的挽留，進城暫住，講授《瑜伽師地論》、《攝大乘論》等佛典。趁此玄奘寫了一道表章，托高昌人馬玄智隨商旅奉表入京，將這十九年來周遊西域印度求法的經過向朝廷做一概括報告。在于闐約七、八個月後，玄奘收到唐太宗的詔書，讓于闐國王派使者護送玄奘，取道沙州(即今天甘肅省敦煌市)直赴京師。從于闐出發，往東行近千里之路，終於到達沙州，此時朝廷早已派人守候，由官方護送玄奘入京。玄奘在沙州亦馬上表向太宗報告行程。但當時唐太宗正計劃親征高麗戰役，並已動身往遼東前線，乃命宰相房玄齡處理迎接玄奘事宜。所以，當玄奘於貞觀十九年(645年)正月返抵長安城外時，房玄齡派大將軍侯莫陳實、雍州司馬李叔慎、長安縣令李乾佑等官員負責迎接。最後，官員們把玄奘一行送往長安城內最宏偉的弘福寺安頓下來。此時，距玄奘離京往西天求法已經整整十九年時間了。