Après la victoire des Grecs, il voulut revenir à Ithaque. Mais il erra de rivage en rivage pendant dix ans, et eut mille aventures. Si l'Iliade a pour sujet la colère du bouillant Achille, l'Odyssée raconte la vindicte tenace de Poséidon contre Ulysse.
Sans cesse ballotté par des vents contraires et des flots capricieux, il aborda des contrées inconnues et sauvages où il rencontra des êtres monstrueux comme le cyclope Polyphème les sirènes ou Charybde et Scylla.
Il rencontra aussi des femmes charmantes et amoureuses de lui comme Nausicaa, l'enchanteresse Circé ou la Nymphe Calypso. Mais toutes ces aventures ne lui feront jamais oublier son désir de revenir dans sa patrie pour retrouver son épouse Pénélope et son fils Télémaque. (voir Odyssée).
La colère de Poséidon le poursuivra tout au long de son voyage de retour qui durera dix ans mais Athéna toujours prompte à aider le héros lui sera d'un grand secours.
Il regagna enfin son palais occupé par les prétendants, qui affirmaient qu'il était mort et poussaient Pénélope à choisir l'un d'eux pour nouvel époux. Son chien Argos le reconnut et mourut à ses pieds; Il eut une querelle avec Iros, un mendiant dévoué aux prétendants, et l'abattit ; puis il alla trouver Pénélope et, sans se faire reconnaître, accueillit avec joie la proposition qu'elle fit de prendre pour époux celui qui serait capable de tendre l'arc d'Ulysse. Aucun des hommes n'y parvint ; seul Ulysse put le bander et aidé par son fils Télémaque, il massacra les prétendants et les servantes qui s'étaient prostituées. Grâce à Athéna, les parents des prétendants massacrés, qui avaient pris les armes et désiraient se venger, s'apaisèrent, et le royaume d'Ithaque retrouva enfin le calme.
D'après la Télégonie d'Eugamon de Cyrène, Ulysse entreprit plus tard un voyage en Thesprotide, et même y oublia Pénélope pour s'y remarier. De retour à Ithaque, il fut tué par Télégonos, un fils qu'il avait eu de Circé. Télégonos épousa Pénélope, et Télémaque, Circé. Ulysse est un des plus célèbres héros du cycle de Troie, avisé, même rusé, habile, éloquent, plein de ressources, au courage prudent et sûr de lui.
Selon d'autres versions, Ulysse aurait été tué quelque temps après par Télégonos, qui ignorait qu'Ulysse était son père et l'avait transpercé d'un javelot fait d'une aiguille de raie. Ainsi s'accomplissait une prophétie suivant laquelle le héros devait périr de la main de son fils et par la mer.