兄弟两人回到义大利，此时第八次十字军东征刚刚结束，第九次东征正在筹划中。他们拿到教宗格里高利十世给忽必烈的回信，於1271年动身返回中国。这一次尼科洛带了他的儿子马可。
他们从威尼斯乘船到黑海南岸登陆，然后从陆路辗转於1275年抵达元上都（开平），随后又抵达大都（北京）。
马可波罗的聪明一直非常讨忽必烈喜欢，封他许多官，也派他到各地為元朝皇帝的使者。马可波罗去过中国很多地方和见到许多比欧洲先进的文化成就。
在马可波罗动身回欧洲之前，方济各会神父孟高维诺受罗马教宗尼古拉四世派遣，於1291年经海路抵达中国泉州。
1292年，马可波罗和父亲叔叔受忽必烈委託，从泉州出发经海路护送蒙古公主阔阔真到伊儿汗国成婚。忽必烈答应他们，在完成使命后，可以转路回国。1295年波罗一家人回到欧洲。
《马可波罗游记》
波罗一家人回到欧洲后，定居威尼斯。当地人很喜欢来听他们讲诉在中国的经歷，但是大多并不相信他们说的奇人怪事。
1298年，马可波罗参加威尼斯与热那亚之间的海战。战败被俘，在监狱裡花了几个月讲他在中国的经歷给同狱的同伴听。
鲁斯蒂谦写出的书是普罗旺斯语，出版之后很快翻译到其他欧洲语言。由於马可波罗在给狱友描述自己在中国等地的见闻时，老是说「百万这个，百万那个」，故他被人称作「百万先生」，而这本游记也因此被称作IlMilione（百万）。
在中国、日本等地则被称為《马可波罗游记》、《东方见闻录》等。原书现已遗失，几个翻译的版本并不太一样。这本书非常流行，在当时没有印刷术的欧洲是很难得的。
马可波罗是否到过中国，一直惹来重大争议。大多现代歷史学家相信马可波罗确实到了中国，因為他描述了远东生活的很多细节。如纸币、大运河、蒙古军、煤炭、白酒、石棉、虎，皇家邮政系统的结构。
他提到中国对日本古称，是日本在西方文学裡第一次出现；他描述的大都附近的一座桥也较像卢沟桥。
清朝末年，英国一个探险考古队受「马可波罗游记」的影响。到新疆去查证游记上提到的塔克拉玛干沙漠某处曾有的一些村落。时隔多年，村落已被沙漠黄沙掩埋，然而探险队员在游记上说明的地点大概位置向下发掘，果真掘出屋顶和帐篷器具、衣料、日常用具等物品，证实马可波罗的记载