贞观二十二年(648)五月，玄奘译出《瑜伽师地论》一百卷，并请太宗作经序。十月，译出《能断金刚般若波罗蜜多经》。不久，大慈恩寺落成，玄奘奉敕入住任上座，并悉心从事翻译佛经。
永徽三年(652)，玄奘奏请建塔以安置经像，经高宗敕许，乃于大慈恩寺西院营建大雁塔。玄奘“亲负篑畚，担运砖石，首尾二周(年)，功业始毕。”
显庆三年(658)，玄奘移居西明寺，因常为琐事所扰，遂又迁居宜州宜君(今陕西宜君县)凤凰谷玉华宫。玉华宫的前身是仁智宫，高祖武德七年(624)五月建造。太宗贞观二十一(647)七月扩建。二十二年(648)四月，太宗御制《玉华宫铭》，诏令太子以下并和。
显庆五年(660)，始译《大般若经》。此经梵本计二十万颂，卷帙浩繁，门徒每请删节，玄奘颇为谨严，不删一字。至龙朔三年(663)终于译完这部多达六百卷的巨著。从此以后，玄奘深感身心日衰，至麟德元年(664)，译出《咒五首》一卷后，遂成绝笔。十九年来，玄奘个人共译出梵文佛学经典《显扬圣教论》等七十四部计一千三百三十五卷(案：何磊《三藏法师玄奘传》云为“一千三百三十四卷”)。其中的“唯识”是玄奘最感兴趣的部分。后来，这些佛经被传往朝鲜半岛和日本。
玄奘除将梵文经书译成汉文外，还将汉文《道德经》和《大乘起信论》等译成梵文，为促进中印文化的交流起到了积极的作用。
由玄奘口述、弟子辩机执笔而成的《大唐西域记》，简称《西域记》，别称《西域志》、《西域传》、《西域行传》、《玄奘行传》、《玄奘别传》等，共十二卷。《大唐西域记》成书于贞观二十年(646)。以玄奘赴五部天竺(今印度、巴基斯坦一带)游学亲历和见闻所及一百三十八个城邦、地区、国家为目，记叙其历史、地理、交通、物产、风俗、宗教、种族、人口、政治、文化经济等情况，还有大量关于佛教圣迹和神话传说的记载，凡十二万言。为研究中亚、南亚社会历史和中外交通的珍贵历史文献。此书问世后，产生了巨大的影响，致使一些同类著作相形见绌。如隋代吏部侍郎裴矩所撰《西域图记》、唐初出使西域的王玄策所撰《中天竺国行记》，以及唐高宗时史官奉诏撰成的《西域图志》，今皆不传，唯独《大唐西域记》流传不衰，备受中外学者的珍重。玄奘的弟子慧立、彦棕等人根据玄奘法师西行事迹撰成《大慈恩寺三藏法师传》。
麟德元年(664)二月初五，玄奘法师于宜君县玉华寺圆寂。年六十五岁。高宗闻知，悲伤不已，为之罢朝。四月十四日，遵玄奘遗嘱，将其灵柩安葬于长安东郊白鹿原云经寺。据说，出殡之日，送葬者达百万之众，而夜宿墓地者少至三万之众。总章二年(669)四月，高宗命将玄奘法师墓迁葬于长安南郊樊川北少陵原(又称凤栖原)畔，并在此筑有舍利塔。次年，又因塔建寺。据说，肃宗曾来此游览，御笔塔名为“兴教”，故称该寺为兴教寺。
我国古代著名长篇神话小说《西游记》写唐僧师徒西天取经的故事，说唐僧是金蝉子转世，虽然作者取材于玄奘西行求法的故事，但人物安排和故事清洁基本上仍属作者的虚构和创造，不应将之误解为史实，或归类为历史小说。其中的孙悟空、猪八戒(悟能)和沙和尚一路降妖除魔的故事情节，而是另有其独特而广泛的哲学、人文意义和社会、艺术价值。
