兩天後，戈壁灘被遠遠甩在後麵，玄奘來到伊吾國（今新疆哈密縣）。當他到達伊吾國時，消息很快傳到高昌國，高昌國王是虔誠的佛教徒，他立即派使臣迎接玄奘，邀請玄奘到高昌講經傳道。《西遊記》中有唐僧師徒過火焰山的故事，現實中火焰山就在高昌國（今新疆吐魯番），不過玄奘在高昌國並未受到火焰山的阻滯，反而受到高昌國王的熱情挽留。他在這裏停留了一個月，最後當玄奘執意西行時，高昌國王送給玄奘大批衣物、盤纏、馬匹，並派幾十名和尚、民夫護送。為了方便玄奘，高昌國王特寫親筆信，派大臣護送玄奘去見西突厥最高統治者葉護可汗（當時西域大部地區，包括今新疆和中亞都在西突厥的管轄之下），還給玄奘經過的24個國家的國王一一寫信，請他們給玄奘提供方便。
告別好客的高昌國王，玄奘一行沿著絲綢之路從天山南麓經阿耆尼國（今新疆焉耆回族自治縣）、屈支國（今新疆庫車），越過冰雪覆蓋的淩山（天山的穆素爾嶺），再經大清池（前蘇聯境內阿塞克湖），到達西突厥的素葉城（前蘇聯的托克馬克）。然後沿中亞荒漠的南緣，攀登世界屋脊的蔥嶺，穿過從中亞通向南亞的重要通道——鐵門，取道阿富汗，踏上了他取經的目的地——印度半島。
在漫長的旅途中，有水草豐美的阿耆尼國的綠洲，也有山嶺陡峭、地形崎嶇的穆素爾嶺。在通過穆素爾嶺的冰峰雪嶺時，玄奘一行用繩索把人馬連結在一起，在崎嶇山道上小心翼翼地前行，以防滑下冰穀深淵。夜晚，寒風凜冽，也隻能臥冰而睡。大聲說話是絕對禁止的，因為冰雪稍受震動就會坍塌，導致雪崩發生。然而即使如此，他們在翻越穆素爾嶺時，竟有一半的隨行人員被活活凍死了。
翻越淩山，又是另一番世界。玄奘和剩下的隨行人員經過雪山懷抱的大清池，飽覽了這兒的湖光山色。“山行四百餘裏，至大清池，或名熱海，又謂鹹海，周千餘裏，東西長，南北狹，四麵負山，眾流交湊，色帶青黑，味兼鹹苦，洪濤浩汗，驚波汨，龍魚雜處，靈怪間起，所以往來行旅，禱以祈福，水族雖多，莫敢漁捕。”玄奘在他後來寫的《大唐西域記》中這樣描寫阿塞克湖。接著，他們來到唐代大詩人李白的故鄉素葉城（即碎葉城），會見了西突厥的葉護可汗。
離開素葉，玄奘在葉護可汗委派的一名驛史的陪同下，出西突厥的險要關口——鐵門。這是一道縱深500裏的狹穀，中為狹窄通道，兩旁盡是陡峭的懸崖，岩石的顏色像鐵一樣，所以稱為鐵門要塞。出鐵門，又經過許多國家，玄奘一行越過比淩山還要險峻的興都庫什山，到達迦畢試國（今阿富汗首都喀布爾）。當他到達印度時，已是離開長安的一年以後了。
玄奘於628年夏末入印度，在這個佛教的發祥地度過了15個寒暑，足跡遍及印度半島。玄奘先在北印度喜馬拉雅山西麓的迦濕彌羅國（今克什米爾）留學兩年，向當地的佛學大師學習佛學、因明學（印度的邏輯學）、聲明學