大聖果然看見一個和自己一模一樣的行者坐於高台之上，與群猴飲酒作樂，不覺大怒說：“你是何方妖怪，敢變成我的模樣，占我兒孫，居我仙洞！”舉棒打去。那行者見了，也不答話，使鐵棒來迎。兩個行者各踏雲光，鬥上九霄，一場好殺。沙僧見他兩個相貌相同，聲音無異，真假難分，不知道助哪個好，便去告訴唐僧。
兩個孫行者一邊行一邊鬥，直到南海。早已驚動菩薩出來，兩個行者互相揪住，請菩薩辨明真假。菩薩說：“暫且放了手，等我看看。”兩個撒手，各站一邊。這個說：“我是真的他是假的。”那個說：“他是假的我是真的。”菩薩心想：“等我暗念緊箍咒，那個頭疼的便是真的，不疼的就是假的。”菩薩暗念真言，兩個一齊喊疼，都抱著頭在地下打滾。菩薩無奈，隻得叫他們到眾天神和玉帝那兒去辨明真假。眾天神見他兩個一模一樣，也辨認不出。玉帝命托塔李天王用照妖鏡來照，鏡中仍是兩個孫悟空的影子，毫發不差。兩個行者又打到閻王麵前，閻王一樣辨認不出，隻好說：“你兩個相貌如一，神通無二，若要辨明，須得到雷音寺如來佛祖那裏才能明白。”兩個行者一齊說：“說的是，說的是。我和你同上西天佛祖那裏去辨認。”
兩個行者拉拉扯扯，邊行邊鬥，來到雷音寺寶刹前。那四大菩薩、八大金剛、五百阿羅、三千揭諦及眾僧尼都在七寶蓮台下聽如來講經說法，見兩個孫悟空闖進來，跪在蓮台下，請佛祖辨認。如來合掌說：“觀音尊者，你看那兩個行者，誰真誰假？”菩薩說：“前日在弟子那裏，確實不能辨認。他們又到天宮、地府，也難辨認。特來告拜如來，千萬與他辨明。”如來笑著說：“你們法力廣大，隻能閱周天之事，不能識周天之物，也不能廣知周天之種類。”菩薩請教周天種類。如來說：“周天之內有五仙：乃天、地、神、人、鬼；有五蟲：乃蠃、鱗、毛、羽、昆。又有四猴混世，不在這十類之中。”菩薩說：“敢問是哪四猴？”如來道：“第一是靈明石猴，通變化。第二是赤尻馬猴，曉陰陽。第三是通臂猿猴，拿日月。第四是六耳獼猴，善聆音，知前後萬物。這四類猴不入十類之種。我觀假悟空乃六耳獼猴也。此猴立在一個地方，能知千裏以外之事。能學人話，難辨真假。”
那獼猴聽到如來佛說出他的根源，膽戰心驚，跳起來就走。如來急命眾人圍住。那獼猴毛骨悚然，料想難以走脫，忙搖身一變，變作隻蜜蜂兒，向上飛。如來佛將金缽盂拋上去，正蓋住那蜂兒落下來。揭開缽盂，果然是一隻獼猴。孫大聖忍不住，上前一棒打死，從此這種猴子就在世上消失了。如來又叫大聖去保唐僧取經。悟空惟恐唐僧不要他，如來叫觀音同他去走一趟。
唐僧見菩薩同悟空同來，忙拜見菩薩。菩薩說：“前日打你的假行者乃是六耳獼猴，如今已被打死。你必須收留悟空，隻有他保護你，才可以到靈山見佛取經。”唐僧遵了教旨，叫行者去水簾洞將假唐僧和假八戒打死，取了包袱回來。