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净饭王无法阻止儿子出家修道，爱子心切，只好在亲信中选派出阿若憍（jiāo）陈如、跋提、十力迦叶、摩诃男拘利、阿说示五人随他出家，这五人便是佛陀成道后最早教授的五个弟子。
太子周游寻访，先在山中拜沙门阿罗逻·迦罗摩和郁陀迦·罗摩子为师（这两位老师是印度当时有名的“数论派”先驱，他们修行的最终目标是升天，以非想非非想处定为其解脱境）。太子根据他们的教授用三年时间完成了四禅八定的修证，他觉得自己仍未透彻地了悟真理，心中仍有迷茫，便辞别两位师父转入苦行林去修苦行。日食一麻一麦，躺卧在荆棘、草丛之中。六年之后，太子形销骨瘦。后来，他在对弟子的回忆中说，当时他起坐后留在地上的痕迹像马蹄印。
太子领悟到：苦行生活并不能解除他心中的迷茫和不安，便离座到河中沐浴。而追随太子的五个沙门看到他的行为，以为太子退失道心，便离他而去，不再护持他。把几年的污垢全部洗刷干净后，太子只剩微弱的力气，拉着一根垂落在河面的树枝爬上了河岸。一位在林中牧羊的少女发现倒在河边的出家人，便挤了一碗羊奶供养。喝下羊奶，太子精神大振，返回森林中，端坐在一棵毕钵罗树下，暗暗发誓：“如这次再不能从迷茫中解脱，我将终生不起此座”。誓毕，太子进入禅定。
有记载，太子此次入定共四十九天。在十二月八日夜空中出现一颗耀眼的明星，照耀天庭，他用深邃的眼仰望太空。此时的太子已断尽所有执着，超越了时间和空间的障碍，并脱离了身、心的束缚，大彻大悟。这是佛教史上著名的“太子夜睹明星而悟道”。随后七天，神通妙用随之而来，他先太子菩提树下悟道图后成就五眼六神通，智慧圆满，彻万法源。太子从生死轮回中彻底解脱出来，成就正等正觉。
从此，人们称他为释迦牟尼（释迦是印度的一个民族，牟尼是明珠，喻圣人的意思，本为印度对得道仙人的通称）。释迦牟尼，意为释迦族的明珠或圣人。他是人间的觉者，即是佛陀，简称佛。后来皈依他的信徒又称他为“世尊”，意思是，具足众多功德，能利益世界，于世独尊。
太子悟道后，他身后的那棵毕钵罗树被称为菩提树。