帕米尔的陡峭和奇寒给马可一行的旅行带来了诸多不便。由于空气极度稀薄，气候寒峭，又地处高原，燃起的篝火总是显得微弱无力，毫无生气，烧煮食物非常费时费力，而且往往半生不熟。最让人提心吊胆的还是天气的捉摸不定、变化无常。好端端地走着，有时暴风雪会从天突降，弄不好牲畜和人都会陷入松软的积雪之中，动弹不得；有时又会听见远处低沉的隆隆声，由远而近，紧接着的可能是一场密集、令人窒息的雪崩。因此走在这冰天冻地的世界，一切都得备加小心，就连说话也不敢大声，因为声音稍大就会在稀薄的空气中产生回荡，致使新积的白雪从冰坡上纷纷落下。夜晚宿营的艰辛更是难以想象，即使能找到一个避风的山坡，燃起一堆微弱的篝火，也抵挡不了彻骨的寒意。
爬高山、下斜坡、穿狭谷、渡河流，用了12天时间，经受了各种考验，马可他们终于越过了帕米尔高原，来到喀什噶尔，古老而神秘的丝绸之路开始在他们脚下延伸。
翻过帕米尔高原，就来到塔里木盆地西部边缘。这里气候温和，水源充足，是沙漠边缘上的一片绿洲。波罗一家在此休息几日后，沿塔里木盆地南部边缘向东进发，先后经过了莎车、和田、策勒、罗布等地，来到了甘肃敦煌。眼看就要到达目的地了，马可兴奋不已。他一路走一路记，把自己觉得新鲜的事物都记在了日记本里。来到中国的新疆，他见到了在欧洲从来没有见过的和田玉，见到了高大的驼鸟，见到了茫茫无边的大沙漠，也见到了让人称奇的沙漠中的绿洲。到了敦煌，他们遇到了在关隘盘查的中国士兵。波罗一家已经行走了3年多，尼古拉兄弟满脸胡子和皱纹，就连年轻的马可，也长出了一脸黄胡子。
在中国士兵看来，这些大胡子肯定是从西方跑来的，就抓起来严加盘问。当尼古拉说他们来自西方，是来看望皇帝忽必烈的，并拿出了教皇给忽必烈的信的时候，这些中国士兵立刻放开他们。其中一个军官模样的人讲，皇帝早就吩咐过了，随时注意波罗的信息，一旦发现他们到来，就要立即报告皇帝。波罗一家终于松了一口气。他们有了安全感。因为，尼古拉和弟弟都知道中国人好客。皇帝得知他们到了中国，准会派兵护送的。
波罗一家在敦煌休息几日后，继续向元朝大都方向前进。又过了10多天，从他们经过的驿站传来消息。皇帝下令，派出欢迎的人在距离大都40天路程的地方迎接他们，还命令沿途驿站，一定要关照好远道而来的客人。号令一下，波罗一家立即过上了另外一种生活。每到一个驿站，他们都受到免费的热情招待：住上等的客房，有数十道菜的宴席，喝浓烈的好酒。离开一个驿站时，主人还为他选好了上等的好马。马可激动地说：“我还从来没有受到过如此好的招待。”忽必烈派出的迎接客人的队伍与波罗一家接上了头。
在此后的行程中，他们不仅每到一处都受到热情招待，而且，在旅行途中，还有士兵和军官前呼后拥地保护着他们。这隆重的接待，使波罗一家感激涕零。
经过3年半的艰苦跋涉，历经磨难的波罗的一家，终于在1275年夏天来到元朝的上都（今内蒙古自治区多伦县西北）。这是元朝皇帝的夏季行宫。忽必烈正在这里避暑。上都虽然是临时行宫，但是，也有用石头建造的房屋和宫殿，有漂亮的蒙古包，有占地数百顷的狩猎场，此外，还有成群的男女佣人服侍皇帝。忽必烈在这里接见了波罗一家。尼古拉与忽必烈算是老熟人了。他向皇帝介绍了马可。皇帝高兴地看着这个黄胡子的年轻人，表示愿意收下他为侍从。尼古拉向中国皇帝献上了教皇的信件和礼品。那礼品是，从耶路撒冷圣墓油灯中取来的圣油和一只水晶花瓶。忽必烈问：“教皇没有派出使者吗？”尼古拉立刻回答说：“尊敬的陛下，派出的使者除了我们一家三口外，还有一些修道士。他们有的病死在路上；有的因病不能继续前行就中途返回了。”皇帝没有表示不高兴。
会见结束后，忽必烈在行宫设宴招待了波罗一家。马可高兴地记录下了中国皇帝的宴会场面，宴席上有40余种鱼和肉，光素菜就20多种，还有数十种水果，此外，还有各种酒和乳品。在威尼斯生活了17年的马可，不用说见过和吃过，就连听也没听说过丰盛的宴席。马可和父亲、叔叔，在盛情款待下，直到喝得大醉，才被抬回客房。马可感动地说：“如此盛情款待，即使冒着九死一生的危险来到中国，也是非常值得的！”当年秋天，马可·波罗跟随忽必烈皇帝回到大都，就是今天的北京城。这个城市的雄伟、辉煌，建筑的壮丽，可称得是世界一流，看得马可眼花缭乱。那绮丽多彩的帝都，使得波罗家族目瞪口呆。忽必烈皇帝的排场，在当时的世界上没有国家能比得上。
波罗家族在大都竟然呆了十七年之久。
由于马可品行端正、思维敏锐，且又学会了蒙语、土耳其语和波斯语，也学会了一点儿汉语。同时，他爱好广泛，求知欲强，做事又谨慎认真，深得忽必烈皇帝信任，曾多次被委派以特殊使命，去视察元朝的西部、西南部和南部的许多地区，然后做出详细而全面的报告。
他不仅在元朝各地奉命视察，而且还被派到过东南亚一些国家，如缅甸、越南、菲律宾、爪哇（印尼）等地区。视察回来的报告详细而准确，深得皇帝的欢心。马可的卓越才能，越来越受到赏识，波罗家族很受元朝的优待。
正是在这无数的游历中，马可逐渐成熟起来，他已不再是那个初出茅庐的威尼斯少年。他的胡须由于太阳和海水而褪了色，皮肤由于旅行而变得粗糙，面孔由于在野外过惯了冒险生活而变得饱经风霜。在元朝17年的任职中，他已不仅仅用充满好奇和探究的眼光关注周围的事物，而且能够在出使探险中独挡一面，向可汗提交生动而有趣的报告，使平时听厌了枯燥无味的官样文章的忽必烈倍感欣慰。这一切都来自马可天生的探险家素质，敏锐的眼光，以及超群的记忆力。
在中国的旅行生涯中，最为惊险的一次，是马可奉命出使南方各省以及到缅甸一带的一段经历。他沿黄河南下，然后渡河，经过许多人口密集的城镇，翻山越岭，来到成都府。继而转向西南，来到靠近西藏的边缘。那里人烟稀少，野兽出没无常，特别是老虎成群结队，使得商旅在夜间陷入极其危险的境地。故而商旅们不仅必须随身携带食物，而且一到达投宿地，就得小心翼翼，采取各种防范措施，免得他们的马匹被野兽吞噬。马可带着随从进入这个地区，夜晚宿营时，也是步步为营。他们选择靠近河流的地带，那儿修竹婆娑。马可通常将几根青竹绑在一起，置放在营地的周围，隔一段放一些，待到暝色四合，便点燃火堆。火烧青竹，那光亮闪烁不定，犹如黑夜的海面上游曳的盏盏桅灯；同时热气使竹节爆裂，发出猛烈的声响，在寂静的山林中，犹如旱天霹雳，附近徘徊的野兽闻风丧胆，落荒而逃，连胆大包天的恶狼也逡巡不前。这样一来，马可一行就可以高枕无忧了。但是，事先他们必须用脚镣锁住马腿，否则马匹也会承受不住这种声响的惊吓落荒而去。丢失了坐骑，在深山密林可是寸步难行。
马可继续骑行，穿过一个荒芜的地带，那里既没有客栈，也难觅食物，只偶尔得到补充必需品的机会。整整20天以后，才开始见到几个城堡和设防的城镇，建筑在危岩峭壁之上。那里是与西藏接壤的云南省，居民使用着井盐制成的货币，集市上有许多麝香、绿松石，待价而沽。骑行10天，渡过出产大量金沙的布鲁伊斯河，他们便来到隶属于云南的哈剌章省。
哈剌章气候炎热，树木葱笼，居民栖身竹楼，以防蛇虫的侵袭。那里堪称一奇的是硕大骇人的“巨蛇”，“有十步长，身围有十掌长，前面接近头部的地方，有两只短腿，有三个爪子，眼睛比四个便士的硬币还大。
闪闪发光。两颚很宽，足可吞下一个人。牙齿大而且锋利，整个样子十分吓人。”（《马可·波罗游记》）其实这种被马可大肆渲染的巨蛇，是鳄鱼，当时欧洲人对此尚一无所知。但当地人的确擅长捕蛇，也确实身手不凡。在炎热夏季，蛇白天一般都蛰伏于山洞，夜幕降临后才出来觅食，之后，便爬到泉边、湖边、河边去饮水。由于蛇在爬行之后总会留下一道很深的痕迹，捕蛇就寻着这蛛丝马迹，埋下几根钉着铁矛的木条，再用沙子覆盖，然后守株待兔，而蛇在劫难逃。
此外，马可在夜宿客栈的时候，还听说了当地的一些民俗。在元朝统治以前，这里流行着一种怪异而残暴的风俗。凡是地位高贵、美貌和异常勇猛的外地人，如果夜宿客栈，通常会无辜遭到主人的暗杀。而主人的用心并非谋财害命，而是由于希望得到才智双全的死者的灵魂，留在家中，使主人万事顺意，兴旺发达。故而，凡是能占据这些人灵魂的人，被视为幸运儿。这样许多人却因此死于非命。马可侥幸没有成为民俗的牺牲品，因为元朝政府严令取缔了这种恐怖的习俗。
从哈刺章西行五天，马可率队进入卡丹丹省。马可他们惊奇地发现，这个地区，无论男女都喜欢用金片镶牙，男子有纹身的习惯。更让他们迷惑不解的是男子有坐月子的习俗。孕妇一经分娩，就马上起床，把婴孩洗干净包好后交给她的丈夫，丈夫立即躺在床上，扮演起“母亲”的角色去护理婴儿，一共要持续40天。这期间，亲朋好友都向他道喜，而他的妻子则在一旁默默料理家务，侍候丈夫的起居。
在云南逗留之后，马可继续向南进行，所行的道路蜿蜒于崇山峻岭之中。发源于西藏的湄公河与萨尔温江时而环绕着这些高山奇峰，时而劈开群山向前流去。
路途变得更为艰险了，有时直下陡坡，泥泞溜滑，被雨水冲刷掉的部分，便成为陷落下去的风景，树木葱笼，在密林之下隐藏着无数的生命。蔓生植物的卷须总是下垂着，多刺的灌木丛常常把衣服绊住。丛林无边无际，覆盖在地面的枯枝败叶掩没了马蹄声，在草叶浓密、没有阳光、靠近水源的地方，黄昏时会有蛙群鼓噪，拂晓时会有猩猩尖啸。在沼泽地带还可以看到成对的亚洲犀牛，鼻子两旁长着硕大的牛角。
他们继续跋涉，穿过高山的隘口，这些山脉拦腰切断了他们的道路，延伸到缅甸北部的莽林之中。最后，他们终于来到了伊洛瓦底江畔，沿着江岸策马前行。由于这一带猛虎猖獗，因而晚上只能睡在筏子上，将筏子泊在江中，以保安全。穿过日渐宽广的河谷平原，他们来到了壮丽的缅城。经过6个月的艰难跋涉，马可不辱使命，出色地完成了忽必烈的重托，然后借道班加剌省（今老挝）、交趾国（今越南），重回汗八里（现北京）复命。忽必烈对马可的能力颇为赞赏，特派他到扬州担任总督，管理24个县。在任职3年期间，马可刚正不阿，主持公道，颇受百姓的崇敬和爱戴。在这期间，马可考察了长江中下游地区，从繁华的南京襄阳，然后又顺流而下。
