Bức tranh Odysseus và Polyphemus (1896) vẽ bởi Arnold Böcklin: Odysseus và các thủy thủ đoàn trốn thoát khỏi tên Cyclop Polyphemus.

Odysseus được biết đến nhiều nhất như là nhân vật anh hùng tiêu đề trong bộ sử thi Odyssey. Bản anh hùng ca này đã kể lại chuyến đi của ông, kéo dài ròng rã suốt 10 năm khi ông cố gắng trở về nhà sau Cuộc chiến Thành Troy và giành lấy ngai vàng chính đáng của mình tại Ithaca.

Trên đường trở về nhà từ Troy, sau cuộc đột kích tại Ismarus trên mảnh đất của người Cicones, Odysseus và mười hai chiếc thuyền của mình đã bị đẩy ra khỏi hải trình bởi những cơn bão. Họ đi tới hòn đảo của những người ăn hoa sen và bị gây mê bởi những bông hoa sen ở nơi đây. Sau đó cả đoàn bị bắt bởi một tên người Cyclops tên là Polyphemus khi hắn đang đi thăm hòn đảo của mình. Sau khi đã ăn thịt rất nhiều người trong đoàn, Polyphemus và Odysseus đã có một cuộc nói chuyện và Odysseus nói với Polyphemus rằng tên của ông là "Không có ai". Sau đó, Odysseus đưa cho tên Cyclop một hũ rượu lớn, tên khổng lồ uống hũ rượu và lăn ra ngủ. Odysseus cùng những người cùng đoàn của mình đã tạo một cây cọc gỗ, đốt cháy nó với rượu và chọc mù mắt tên khổng lồ. Khi họ đang chạy thoát, Polyphemus gào khóc trong đau đớn, những tên Cyclopes khác hỏi hắn có chuyện gì. Polyphemus đáp, "Không có ai chọc mù mắt của ta!". Nghe vậy, những tên Cyclopes còn lại đều nghĩ hắn bị điên. Odysseus cùng đoàn thủy thủ thoát ra được, nhưng Odysseus sau đó đã mắc sai lầm khi vội vàng tiết lộ tên thật, khiến cho Polyphemus cầu xin Poseidon, cha của hắn, trả thù cho mình. Đoàn thủy thủ sau đó ở cùng với Aeolus, bậc thầy về gió, anh ta đã đưa cho Odysseus một chiếc túi da chứa đựng mọi cơn gió trên thế gian, ngoại trừ gió từ phía tây, một món quà sẽ đảm bảo rằng tất cả có thể trở về nhà an toàn. Tuy nhiên, đám thủy thủ ngốc nghếch đã mở chiếc túi ra trong khi Odysseus đang ngủ vì nghĩ rằng trong đó chứa đầy vàng. Hậu quả là toàn bộ những cơn gió trong chiếc túi đã bay ra, mang theo một trận cuồng phong khiến chiếc thuyền quay ngược trở lại hành trình ban đầu, ngay khi hình bóng Ithaca đã hiện ra ngay trước mắt.

Sau khi van xin trong vô vọng Aeolus giúp mình một lần nữa, cả đoàn đành bắt đầu lại cuộc hành trình và chạm trán với những tên La Mã ăn thịt người. Chỉ có duy nhất chiếc thuyền của Odysseus may mắn chạy thoát khỏi cuộc đụng độ. Ông tiếp tục cho chèo thuyền và gặp được Nữ thần phù thủy Circe. Cô ta đã biến một nửa số người trong đoàn của Odysseus thành lợn sau khi cho họ ăn phô mai và rượu. Hermes cảnh báo Odysseus về Circe và đưa cho ông một viên thuốc gọi là moly, thứ có thể kháng lại ma thuật của Circe. Circe cảm thấy bị thu hút bởi việc Odysseus đã kháng lại ma thuật của mình, cô đem lòng yêu ông và thả toàn bộ người của ông. Odysseus và thành viên trong đoàn tiếp tục ở lại hòn đảo của cô ta trong suốt một năm, chỉ tiệc tùng và uống rượu. Cuối cùng, thủy thủ của Odysseus đã thuyết phục ông trở về Ithaca.

Được chỉ dẫn bởi Circe, Odysseus cùng thủy thủ đoàn đã vượt đại dương và đi tới một bến cảng nằm ở rìa phía tây của địa cầu, nơi Odysseus hiến tế cho những người chết và triệu hồi linh hồn của nhà tiên tri cũ là Tiresias để xin lời khuyên. Sau đó Odysseus gặp lại linh hồn của mẹ mình, người đã mất vì đau buồn trong suốt thời gian ông vắng bóng khỏi quê nhà. Nhờ có bà, ông lần đầu tiên biết được thông tin quê hương mình hiện tại đang bị đe dọa bởi lòng tham của những kẻ cầu hôn Penelope. Odysseus cũng được nói chuyện với những chiến binh của mình đã ngã xuống trong cuộc chiến và sắc thái phàm trần của dũng sĩ Hercules.

Odysseus và các Siren, tranh khảm ngọc Ulixes tại Bảo tàng quốc gia Bardo ở Tunis, Tunisia, thế kỷ thứ 2 sau Công nguyênChiếc thuyền của Odysseus vượt qua con quái vật sáu đầu Scylla và xoáy nước Charybdis, trong một bức bích họa của Alessandro Allori (1535–1607)

Odysseus và đoàn thủy thủ quay trở lại hòn đảo của Circe, tại đây cô ta đã đưa ra lời khuyên cho hành trình tiếp theo của ông. Họ đi qua vùng đất của các tiên cá, vượt qua con quái vật sáu đầu Scylla và xoáy nước Charybdis, nơi mà họ phải chèo thuyền đi qua chính giữa cả hai. Tuy nhiên, Scylla vẫn kéo được chiếc thuyền về phía mình bằng cách nắm lấy mái chèo và ăn thịt sáu người trong đoàn.

Cả đoàn đi tới hòn đảo xứ Thrinacia. Tại đây, các thủy thủ của Odysseus phớt lờ lời cảnh báo của Tiresias và Circe khi đã săn và giết chết đàn gia súc thiêng liêng của thần mặt trời Helios. Helios nói với Zeus về điều đã xảy ra và yêu cầu những thủy thủ của Odysseus phải bị trừng phạt hoặc là ông sẽ mang mặt trời đi và chiếu sáng nó ở dưới Địa ngục. Zeus đáp ứng yêu cầu của Helios bằng cách gây ra một vụ đắm tàu trong một trận giông tố khiến cho tất cả đoàn thủy thủ chết đuối ngoại trừ Odysseus. Ông lên được bờ tại hòn đảo Ogygia, nơi Calypso đã ép buộc ông phải trở thành tình nhân của cô ta trong suốt bảy năm trời. Ông cuối cùng cũng có thể thoát được sau khi Hermes yêu cầu Calypso giải thoát cho Odysseus.

Odysseus khởi hành từ vùng đất của Người Phaeacias, tranh của Claude Lorrain (1646)

Odysseus tiếp tục bị đắm tàu và lần này ông kết bạn được với những người Phaeacia. Sau khi kể lại câu chuyện của mình, những người Phaeacia, dẫn dầu bởi vua Alcinous, đồng ý giúp đỡ để đưa Odysseus trở về nhà. Họ đưa ông đi vào ban đêm, tới một bến cảng kín đáo ở Ithaca. Odysseus tìm được đường để đi tới túp lều của một nô lệ cũ, người chăn cừu Eumaeus, sau đó ông tái ngộ với Telemachus, người trở về từ Sparta. Athena giúp Odysseus cải trang thành một người hành khất lang thang để ông biết được những gì đang diễn ra tại quê nhà của mình.

Sự trở về của Ulysses, vẽ bởi E. M. Synge trong series sách trẻ em Story of the World năm 1909 (Cuốn sách 1: Trên bờ Biển Lớn)

Khi Odysseus trở về sau 20 năm dưới một nhân dạng mới, ông chỉ được nhận ra bởi duy nhất chú chó trung thành Argos. Penelope nói với Odysseus lúc này đang cải trang rằng chỉ ai có thể giương chiếc cung của Odysseus và bắn một mũi tên xuyên qua mười hai cán rìu thì bà mới nhận lời cầu hôn của người đó. Theo Bernard Knox, "Trong cốt truyện của Odyssey, rõ ràng, quyết định của bà ta là một bước ngoặt, một động thái giúp mang tới vinh quang đã được dự đoán từ lâu cho người anh hùng trở về".[18] Nhân dạng của Odysseus sau đó được phát hiện ra bởi người quản gia Eurycleia, khi bà đang lau chân cho ông và nhận ra vết sẹo cũ của Odysseus trong một lần săn lợn rừng. Odysseus yêu cầu bà giữ bí mật và dọa sẽ giết chết bà nếu nói ra cho bất kỳ ai.

Khi cuộc thi được bắt đầu, không có bất kỳ ai trong số những kẻ cầu hôn đủ khả năng giương chiếc cung. Khi những kẻ cầu hôn đều đã bỏ cuộc, Odysseus trong bộ dạng người hành khất đề nghị được tham gia. Dù rằng ban đầu tất cả đều từ chối, Penelope đã can thiệp và cho phép "gã người lạ" (Odysseus cải trang) được thi đấu. Odysseus dễ dàng giương cây cung của mình và giành chiến thắng tuyệt đối. Sau đó, ông giết chết toàn bộ những kẻ cầu hôn (bắt đầu với Antinous, kẻ mà Odysseus thấy đang uống chiếc cốc của mình) với sự trợ giúp của Telemachus và hai người hầu, người chăn cừu Eumaeus và người chăn bò Philoetius. Những người hầu gái từng lên giường với bọn cầu hôn bị Odysseus bắt phải dọn dẹp toàn bộ các xác chết, sau đó họ bị treo cổ trong nỗi kinh hoàng. Odysseus nói với Telemachus rằng ông sẽ bổ sung nguồn lương thực dự trữ cho quốc gia của mình bằng cách cướp phá những hòn đảo xung quanh. Odysseus lúc này đã trở lại với nhân dạng ban đầu của mình trong vinh quang (với một chút sự giúp đỡ từ Athena); tuy nhiên Penelope vẫn chưa thể tin được rằng người chồng của mình đã trở về - bà sợ rằng đây có thể là một vị thần đang cải trang, như trong câu truyện về Alcmene (mẹ của Heracles). Bà đã thử thách ông bằng cách ra lệnh cho người hầu là Euryclea dịch chuyển chiếc giường trong căn phòng thành hôn của cả hai vợ chồng. Odysseus ngay lập tức bảo rằng điều này là không thể bởi đây là chiếc giường ông đã tự tay làm ra và một trong những chiếc chân giường đang được gắn chặt với một cây oliu. Penelope cuối cùng cũng tin tưởng rằng đây đích thực là người chồng của mình, một khoảnh khắc làm nổi bật lên sự tâm đầu ý hợp (homophrosýnē) giữa cả hai người.

Ngày hôm sau Odysseus và Telemachus đi thăm trang trại của người cha già Laërtes. Một số người dân của Ithaca đã bám theo Odysseus trên đường đi với ý định trả thù vì đã giết những người con của mình là những kẻ cầu hôn. Nữ thần Athena đã phải can thiệp và thuyết phục cả hai bên làm hòa với nhau.