《太史公自序》中详细记载了司马迁二十壮游的经历，王国维《太史公行年考》具体描绘了这次游历的路线：
适长沙，观屈原所自沉渊；浮于沅、湘；窥九疑、禹穴；上姑苏，望五湖；适楚，观春申君故城宫室；适淮阴；行淮、泗、济、漯；北涉汶、泗；讲业齐、鲁之都，观孔子之遗风，乡射邹,峄；适鲁，观仲尼庙堂车服礼器，诸生以时习礼其家，厄困鄱、薛、彭城；过薛；适丰、沛；过梁、楚以归，适大梁之墟。
这次壮游，是司马迁在父亲司马谈的指导下进行的，是一次目的明确、针对性极强的专业训练。通过实地考察，调查访问，是司马迁得以最大限度地接触自然和社会，开阔了胸襟，增长了知识，丰富了阅历，提高了眼界，更锻炼了意志。
他的壮游，考察过金石、文物、图象及建筑，搜求诸侯史记，接触当事人或他人口素材料，并采集歌谣诗赋，俚语俗谚。对这些素材，都是有所取舍加工的。张大口在《史记研究》中概括为：考信于六艺，折中于夫子；择其言尤雅者，总之不离古文者近是；纪异而说不出，所有怪物，余不敢言之业（对客观事物的保留谨慎的态度）；非天下所以存亡，故不著，至于世传其书者，论其轶事；信以传信，疑以传疑，故两言之；厥协六经异传，整齐百家杂语。非常严谨的科学的学术精神。
司马迁的修史修学的严谨永远都值得今人的肯定和提倡。他熔铸史料的眼光和气魄，不但格局狭小得先秦史传无法望其项背，就是章学诚“六经皆史”的著名论断，也难免瞠乎其后了。
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