หลังจากทรงผนวชแล้ว พระองค์ มุ่งไปที่แม่น้ำคยา แคว้นมคธ ได้พยายามเสาะแสวงทางพ้นทุกข์ ด้วยการศึกษา ค้นคว้าทดลองในสำนักอาฬารดาบส กาลามโคตร และอุทกดาบส ราชบุตร แต่เมื่อเรียนจบทั้ง ๒ สำนักแล้ว ทรงเห็นว่า นี่ยังไม่ใช่ทางพ้นทุกข์

จาก นั้น พระองค์ได้เสด็จไปที่แม่น้ำเนรัญชรา ในตำบลอุรุเวลาเสนานิคม และทรงบำเพ็ญทุกรกิริยา ด้วยการขบฟันด้วยฟัน กลั้นหายใจ และอดอาหาร จนร่างกายซูบผอม เหลือแต่หนังติดกระดูก แต่หลังจากทดลองได้ ๖ ปี ทรงเห็นว่า นี่ยังไม่ใช่ทางพ้นทุกข์ จึงทรงเลิกบำเพ็ญทุกรกิริยา และหันมาฉันอาหารตามเดิม ด้วยพระราชดำริตามที่ท้าวสักกเทวราชได้เสด็จลงมาดีดพิณถว่าย ๓ วาระ คือ ดีพิณสายที่ ๑ ขึงไว้ตึงเกินไปเมื่อดีดก็จะขาด ดีดพิณวาระที่ ๒ ซึ่งขึงไว้หย่อน เสียงจะยืดยาดขาดความไพเราะ และวาระที่ ๓ ดีดพิณสายสุดท้ายที่ขึงไว้พอดี จึงมีเสียงกังวานไพเราะ ดังนั้น จึงทรงพิจารณาเห็นว่ามัชฌิมาปฏิปทา คือ ทางสายกลาง ไม่ตึงเกินไป และไม่หย่อนเกินไป นั่นคือ ทางที่จะนำสู่การพ้นทุกข์

หลังจากพระองค์เลิกบำเพ็ญทุกรกิริยา ทำให้พระปัญจวัคคียทั้ง ๕ ได้แก่ โกณฑัญญะ วัปปะ ภัททิยา มหานามะ และ อัสสชิ ที่ มาคอยรับใช้พระองค์ด้วยความคาดหวังว่า เมื่อพระองค์ค้นพบทาทงพ้นทุกข์ จะได้สอนพวกตนให้บรรลุด้วย เกิดเสื่อมศรัทธาที่พระองค์ล้มเลิกความตั้งใจ จึงเดินทางกลับไปที่ป่าอิสิปตนมฤคทายวัน ตำบลสารนาถ เมืองพาราณสี