President Robert Mugabe och hans fru kom tillbaka till Harare tidigt på söndagen.
Mugabe, 52 år, anklagas för att ha våldtagit Gabriella Engels för en vecka sedan på ett hotell i Johannesburg där hennes söner bodde.
Hon har inte kommenterat fallet offentligt.
En advokat för Ms Engels berättade för BBC att de planerade att överklaga beslutet om immunitet i domstol.
Willie Spies sade att han skulle hävda att den första damen inte skulle ha fått särskild behandling som hon hade varit i Sydafrika på privata affärer.
Den sydafrikanska regeringens beslut kom i ett meddelande från International Relations Minister Maite Nkoana-Mashabane, som publicerades i regeringen Gazette på söndagen.
"Jag erkänner härmed immuniteten och privilegierna för republiken Zimbabwes första dam, dr Grace Mugabe", sade hon.
I lördags skulle Mugabe ha deltagit i det första damprogrammet vid Sydafrikanska utvecklingsgemenskapens statsöverhuvud i Pretoria, som Robert Mugabe, 93, deltog i.
Men hon dök inte upp.
Sydafrikanska polisen hade sagt att de ville intervjua Mugabe och hade satt upp en "röd varning" vid gränserna för att försöka se till att hon inte lämnade landet.
Men Zimbabwes ZBC statliga programföretag rapporterade att president Mugabe och hans fru "kom ombord på en Air Zimbabwe flygning tidigt på söndag morgon".
Den visade bilder av hennes hälsningstjänstemän på Harare flygplats.
Engels advokater har sagt att deras klient erbjöds pengar för att lägga ner fallet, men hon vägrade.
Hon framträdde på en presskonferens på torsdag med ett stort plåster på pannan. Hon har hävdat att Mugabe slog henne med en förlängningskabel på hotellet där modellen bodde med Mugabes två söner.
Hon sade till BBC: " Hon slog mig med kontakten och förlängningssnöret. Och jag minns bara att jag var hoprullad på golvet med blod som rusade ner i ansiktet och ner i nacken."
South African Broadcasting Corporation sa att Mugabes skulle vara med vid en begravning för en statsminister på Harare's Heroes Acre på söndag.
Sydafrika har beviljat Zimbabwes president Grace Mugabe diplomatisk immunitet, vilket gör det möjligt för henne att lämna landet utan att svara på frågor om en anklagelse om överfall.