杜环在怛罗斯之战中被俘后，被带至康国（撒马尔罕），再到阿拔斯王朝首都亚俱罗（Akula，即库法），后又随哈里发使团考察非洲，先后在中亚、西亚、非洲十余国游历和生活过；流离大食12年，有幸遍游黑衣大食全境，基本上走完了丝绸之路全程，最后于公元762年附商船从海路回到广州。他把十余年间异域耳闻目睹、亲历亲为的生活阅历真实地记入所著《经行记》中，成为研究中国与西方文化交流的重要文献和研究中世纪中亚、西亚、北非风物情貌的地理著作，这是一本足以与当时另一位杰出旅行家玄奘的《大唐西域记》相提并论的游历专著。可惜的是，《经行记》早已散佚，没能全部留下来。我们所能看到的，是唐代著名历史学家杜佑（杜环是杜佑的族侄）在自己的著作《通典》中保留的片段，只有1511字。
杜环在库法城里发现当地已有来自中国的绫绢机杼，还亲眼目睹一些唐朝工匠（金银匠、画匠及纺织技术工）在当地工作，例如京兆（长安）人樊淑、刘泚为“汉匠起作画者”；河东（今山西西南部）人乐陵、吕礼为“织络者”。在历史上，怛罗斯战役结束后不久，中亚的第一个造纸作坊就出现在撒马尔罕，很快美索不达米亚也出现了造纸作坊与纸张经销商，造纸技术是由来自中原地区的工匠师傅所传授是无疑的。时间如此巧合，只能是怛罗斯战役中被俘的唐朝士兵在当地生产纸张并将手艺传给了当地的阿拉伯人及中亚人。平滑柔和、适于书写的中国纸张很快取代了此前广泛使用的埃及纸草、羊皮、树皮等书写载体，西方文明也因此获得了迅速的发展。
当时的阿拉伯帝国对唐人而言是个完全陌生的社会，为此杜环在《经行记》里特地记载了大食法、寻寻法和大秦法这三大在当时阿拉伯世界流行的宗教。历史学家白寿彝曾经把《经行记》对于伊斯兰教的记叙与中国造纸术的西行并列为怛罗斯之战的“两种影响”。
大食法，也就是伊斯兰教。《经行记》是伊斯兰教义之最早的汉文记录。杜环记载道：“一日五时礼天……又有礼堂，容数万人，每七日，王出礼拜，为众说法，曰：‘人生甚难，天道不易，奸非劫窃，细行谩言。安己危人，欺贫虐贱，有一于此，罪莫大焉。凡有征战，为敌所戮，必得升天。杀其敌人，获福无量’。”“其大食法者，以弟子亲戚而作判典，纵有微过，不至相累。不食猪狗驴马等肉，不拜国王父母之尊，不信鬼神，祀天（真主）而已。”生动而准确地描述了他看到的伊斯兰教文化，而“女子出门，必拥蔽其面，无问贵贱”，更是真实地描述了阿拉伯世界的典型风情。当时正是伊斯兰教“率土禀化，从之如流”的兴盛时期，大食国内“四方辐辏，万货丰贱，锦绣珠贝，满于市肆”的繁荣经济也给杜环留下了深刻印象。而且杜环的这些记叙完全是他亲眼所见的事情，完全没有虚构的成分。
“大食法”之外，杜环所写的“寻寻法”即祆教（拜火教），是原波斯帝国的国教。“寻寻”即唐译“zemzem”，是阿拉伯人对祆教徒的称呼，意为“私语之人”。祆教近亲通婚，纳姊妹为妻的习俗被有儒家文化背景的杜环视为奇风异俗，称之为“寻寻蒸报，于诸夷狄中最甚”。而《经行记》中记载的另一个宗教“大秦法”指的就是基督教。给杜环印象最深的是当地基督教医生最善于治疗眼病和痢疾，许多病都能有预防的办法，而脑外科手术尤其惊人。当时阿拉伯医学中心在埃及和叙利亚，基督教徒的医生，主宰着阿拉伯医术，杜环称他们是大秦医生，他在《经行记》中这样写道：“其大秦，善医眼与痢，或未病先见，或开脑出虫。”这也反映了当时地中海地区高超的医术。
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杜环的足迹所到之处，已经跟信仰“大秦法”的“拂菻”（东罗马/拜占庭帝国，一说“拂菻”即希腊语对首都的称呼Bolin的唐译）接近了，这些地方的文化中，或多或少也沾染了拂菻的文化气息。而且当时大食和拂菻也征战连年，在大食也一定会有拂菻战俘，而且更有可能和杜环有所接触。杜环的《经行记》里的拂菻国“亦曰大秦。其人颜色红白，男子悉着素衣，妇人皆服珠锦。好饮酒，尚干饼……其俗每七日一假，不买卖，不出纳，唯饮酒谑浪终日”。如实记载了拜占庭帝国人民肤色白里透红，男人穿单色衣服，妇女爱好服饰，喜欢喝酒，吃面包，每七天有一天（礼拜天）休息娱乐的实际状况。
虽然杜环未曾进入拜占庭帝国从而亲身踏上欧洲的土地，但他却是历史上可考的第一个到达非洲的中国人。根据《经行记》的记载，杜环到过的“摩邻国，在勃萨罗国西南，渡大碛，行二千里至其国，其人黑，其俗犷，少米麦，无草木，马食干鱼，人沧鹘莽。鹘莽即波斯枣也。瘴疠特甚。”
这个摩邻国究竟在哪里？长期以来一直是争论不休的话题。比较靠谱的一种说法是，“摩邻”即阿拉伯语“马格里布（意为日落之地）”的唐代译音，“摩邻国”就是今天的摩洛哥。杜环是从巴士拉（即“勃萨罗”）出发，经过苏伊士地峡到达埃及，随后跨越撒哈拉沙漠到达摩洛哥的。在同时代的阿拉伯旅行家笔下，这条道路既有“荒无人烟的沙漠”，也有“沙石遍布的荒野，或怪石嶙峋的高地”。在这条路上虽然“少米麦”，但“椰枣林立”之区不少，椰枣产地“实际上包括（自西向东）一条展开的大腹带”，恰与杜环的说法相合。而整个北非，尤其是利比亚，是基本没有河流的。地中海以产沙丁鱼、海青鱼为盛，杜环讲的“马食干鱼”之情形，也只能是靠地中海边的渔人捕捞。
杜环所到的8世纪的摩洛哥，被阿拉伯人征服的时间尚不足百年，因此，当地在人种上的阿拉伯化是几乎不存在或是不明显的。那里是柏柏尔人、黑人的家园，尤其是广大的村镇，其肤色是黝黑的。比较大的海港城市中才住有白色皮肤的罗马人。即使今天，北非的一些阿拉伯人（如苏丹总统巴希尔与埃及前总统萨达特）的肤色也比叙利亚的阿拉伯人要黑得多，这同千余年来的异族通婚有关。因此，杜环才有“其人黑”的说法。
除“摩洛哥说”之外，亦有人考证“摩邻国”在今天红海西岸的东非厄立特里亚、埃塞俄比亚甚至肯尼亚的著名港口马林迪，迄今并未有定论，但有一点是肯定的，即上述地方都位于非洲大陆。在杜环之前，中国还没有任何对非洲进行描述的书籍出现，足见杜环取得了前无古人的伟大成就。他的人生经历和他编撰的《经行记》，在不知不觉间创造了历史，成为第一个踏足非洲的中国人，直到今天，仍能让人感觉到游历人生的伟大之处。
杜环的经历说明，人们只有互相接近，才能够彼此了解，互通有无，促进人类的福利和繁荣。
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