629–645 sooritas ta reisi Indiasse läbi Ida-Türkistani ja Hindukuši mäestiku. Reisi kestel õppis ta aastaid Nālandā kloosterülikoolis ning külastas üle kogu India budismi keskusi ja pühapaiku. Tema reisi peamiseks eesmärgiks oli tuua Hiinasse algupäraseid budismi pühakirju ja õppida sügavamalt tundma joogatšaara filosoofiat. Hiinasse naastes tõi ta kaasa 657 sanskritikeelset käsikirja ning hakkas Tangi keisri toetusel neid tõlkima. Xuanzangi juhendamisel tõlgiti paarikümne aasta jooksul hiina keelde kokku üle 70 teksti kogumahus 1335 kirjarulli (hn juan), sh "Sajatuhandeline ületava mõistmise suutra", Saṃdhinirmocana-sūtra, Abhidharmakośa ning hulk teisi joogatšaara tekste. Tema tõlked on täpsemad kui varasemad, sellepärast peetakse teda uute tõlgete perioodi alusepanijaks hiina budismis. Reisist Indiasse kirjutas ta mahuka teose "Ülestähendusi Suurest Tangist läände jäävatest aladest" (hn datang xiyu ji), kus on 128 India ning Sise-Aasia piirkonna kirjeldust. Tänapäeval on see üheks olulisemaks allikaks 7. saj India kohta.
