唐僧没办法了，想起了孙悟空的话，叩头奏明国王：“我的三个徒弟还在驿馆中，希望陛下能把他们叫来，交换了文牒，让他们早些去继续取经。”国王答应了，随即让人传唤孙悟空等人上殿。
不一会儿，孙悟空、猪八戒和沙僧三人来到金殿上，国王见他们相貌丑陋，心中害怕，忙问他们的来历，当得知他们是齐天大圣、天蓬元帅和卷帘大将时，忙从龙椅上站起，称呼三人为神仙。
国王连忙让人打扫干净御花园里的楼阁，请驸马和三位高徒去休息。四人来到住处安顿好后，唐僧就责备起悟空：“你这泼猴，现在惹了这些麻烦，该怎么办呢？”
悟空笑着回答道：“师父放心，我早有计划，我看到这国王脸上有阴暗色，但还没看到公主，不知道是真是假。”
时间过得很快，唐僧和公主成亲的日子很快就到了，国王十分高兴，正要去御花园看看驸马，这时，一个太监跑来告诉国王说公主要见他，原来，这假公主怕在成亲时候见到孙悟空，识破她的原形，就想让国王叫人打发三位徒弟走。
孙悟空早就猜到了假公主的意图，等国王派人请他们时，他们早就收拾好了行李，来到宫殿前，国王让孙悟空把通关文牒拿出来，给他们盖印，并且给了他们很多路费，让他们早日去取经。孙悟空拿过文牒转身就要离开，吓得唐僧急忙拉住他，悟空跟唐僧使了个颜色，唐僧虽然不放心，但也只好放走他们。
三位徒弟回到了驿馆，孙悟空跟八戒和沙僧说：“你们两个在这里等着，不要出去，我去保护师父。”说完，拔下一根毫毛变成一个假悟空，而自己变成一只小蜜蜂飞回了金殿。
孙悟空很快飞到了唐僧的帽檐上，轻声叫道：“师父，我回来保护你了。”唐僧听到后，松了一口气。很快，有宫女来请唐僧去成亲，国王亲自带着唐僧来到公主住处，让唐僧和公主见面，孙悟空躲在帽檐中，一同前往。众人来到公主住处，公主出来迎接，孙悟空看到公主头上露着妖气，轻声跟唐僧说：“师父，这个公主是假的，等我现身来降妖。”
孙悟空大喊一声，现出真身，抓住假公主大喊：“妖精！你在这里假冒公主，享尽荣华富贵，居然还要伤我师父！”此时，后宫一片混乱，众人又哭又叫，慌不择路。
那妖精见被孙悟空识破，急忙拿出一根短棒来打孙悟空，两人开始大战，从地上打到天上，打得天昏地暗，全城百姓都胆战心惊。孙悟空和妖精打斗了半天也不分胜负，这时悟空把金箍棒向天上一扔，叫了声“变”，只见金箍棒一变十，十变百，百变千，在空中围着妖精打，这时妖精便难以应付，变成一道清风逃走，孙悟空急忙追赶妖精。悟空很快就赶上了妖精，两人又大战了几十回合不分胜负，那妖精一晃身，逃走了，孙悟空追到一座大山前面，找不到妖精了。
孙悟空怕妖精回天竺国伤害师父，自己回到了天竺国，从驿馆叫来八戒和沙僧，让他们保护好师父，就又回到山里寻找妖精。找了好久还是找不到妖精的住处，悟空念起咒语叫来土地、山神，向他们询问妖精的去向，两位神仙带着孙悟空来到了山顶妖精的洞穴处。
山顶处有一个大洞，洞口被两块大石头堵住了，孙悟空拿出金箍棒砸碎了门口的大石头，妖精突然从洞中跳了出来，又和孙悟空打起来。他们又打了很久，妖精马上就要抵挡不住了，孙悟空刚要挥棒打下来，突然听到天上有人大喊：“大圣，棒下留人，不要打死她。”孙悟空抬头一看，原来是天上的太阴星君和嫦娥仙子来了，太阴星君告诉悟空，这妖精原来是月亮上广寒宫里捣仙药的玉兔。
原来天竺国的真公主原来是广寒宫里的一个小仙女，因为喜欢人间的生活，就投胎到天竺国当公主，在广寒宫里，真公主曾经打过玉兔，玉兔记仇，去年下凡把真公主扔到荒郊野外，自己变成假公主。太阴星君请求孙悟空饶了玉兔的性命，孙悟空让太阴星君和嫦娥仙子带着已经变成玉兔的假公主一起回天竺国。
孙悟空等人一起驾着祥云回到天竺国时，唐僧和国王等人正在御花园等待，见到天上的几位神仙，众人连忙跪下磕头，孙悟空指着玉兔告诉了国王真相。国王急忙询问真公主在哪里，唐僧告诉他，真公主就在城外的金禅寺里。
国王带领着文武百官来到了金禅寺里接真公主，父女终于团圆。国王回宫后设宴感谢唐僧师徒，并且命令宫中的画家把唐僧师徒的容貌画下来，供奉起来。
第二天，唐僧师徒辞别了天竺国国王，继续西天取经去了。