Eposā "Iliāda" aprakstīta viņa piedalīšanās Trojas karā, kad pēc ilgstoša nesekmīga Trojas aplenkuma grieķi guva uzvaru lielā mērā pateicoties Odiseja ieteikumam par Trojas zirga izgatavošanu, kurā paslēpās grieķu karavīri. Kad trojieši zirgu ievilka pilsētā, no tā naktī izkāpa grieķu karavīri un atvēra vārtus savam karaspēkam. Tādējādi grieķi guva uzvaru karā.
Odiseja atgriešanās mājās pēc Trojas kara ilga desmit gadus. Viņa piedzīvojumus šajā ceļā Homērs aprakstījis savā darbā "Odiseja".