Polisen tror att pojken först tagit spårvagnen till resecentrum och sedan klivit på ett pendeltåg till Linköping.
När pojken sedan befann sig vid ett café nära hotellet vid Tullbron som går över Stångån lyckades hans mamma få kontakt med honom via en surfplatta som pojken hade med sig.
Personer på caféet hade då reagerat på att pojken verkade vara vilse och tog över samtalet med mamman. De fick då klart för sig vad som hade hänt.
En polispatrull i Linköping åkte till platsen där pojken var och körde honom sedan till hemmet i Norrköping. Pojken uppges må bra.
Polisen misstänker inget brott och har lämnat ärendet vidare till socialtjänsten.