1917年9月，19岁的周恩来胸怀“济世穷”、“图破壁”的远大抱负，高唱《大江歌》，由天津登轮，东渡日本，迈开了他海外求学、艰辛探索的第一步。
  初到日本东京，周恩来与一个中国留学生一同挤住在神田区一家家具店二楼的“贷间”里。以后为了寻找房租更便宜的地方，又多次移居。十月间，他进入东亚高等预备学校补习大学考试的科目，主要是学习日语，也补习一些其他课程。周恩来到日本后不久的一段时间，由于个人的境遇和家庭的景况，苦闷几乎达到极点。这时，《新青年》对他产生了巨大的影响，其中宣传的新思想强烈地吸引了他，使他顿时感到豁然开朗。1918年3月，周恩来参加了东京高等师范的招生考试，因口语成绩不佳未被录取。这自然对他是个不小的打击，但他精神上并没有沮丧。不久，又开始新一轮复习准备。
  然而，一场突发的留日学生爱国运动改变了周恩来在日本的全部生活。日本政府与北洋军阀政府秘密签订协定，准备联手镇压俄国革命，留日学生的抗议行动受到打压。有着强烈爱国心的周恩来无法再沉下心来准备考试，他踊跃参加留日学生爱国运动，投身各种集会，散发爱国传单，并参加了爱国团体新中学会。周恩来由于积极投入爱国运动，对七月份的报考第一高等学校顾不上再做多少准备，考试结果又因日语成绩不理想，没有被录取。周恩来的心情很懊伤。暑期归国探亲回到东京后，周恩来把视野扩展到日本日益尖锐的社会问题上来，并阅读了反映俄国十月革命的《震动环球的十日》以及早期宣传马克思主义的《社会主义神髓》、《我的社会主义》等著作，还成为河上肇所办进步刊物《社会问题研究》的热心读者，周恩来的思想由此受到了很大影响。
  正在这个时候，他的母校南开学校决定创办大学部的消息传来。周恩来决定回国学习。1919年4月，周恩来带着对进步新思想的初步认识和对日本社会的冷静思考，由神户乘船离开日本，返回祖国。
  随着国内赴欧勤工俭学热潮的兴起，1920年11月，周恩来从上海搭乘法国邮船前往欧洲，开始了长达四年的远涉重洋、赴欧求学、追寻真理之旅。
  1921年1月，周恩来乘船度过英吉利海峡到了英国首都“世界之缩影”伦敦。周恩来住在罗素广场附近的一处学生寄宿房子里。在此期间，他不顾伦敦的严寒和浓雾，频繁深入工矿和码头，广泛收集各种资料，为天津《益世报》撰写通讯。在这些通讯中，他详述了一战后英国的失业状况，评论英国的机构和议会民主。
  由于英国的生活费用在欧洲是最高的，而法国的生活费用相对较低。于是，周恩来于同年2月上旬由英国前往法国，入巴黎郊区的阿利昂法语学校补习法文。他白天补习法文，进行社会考察，夜晚则翻译小册子，给《益世报》写通讯。周恩来和一般旅欧勤工俭学的同学情况稍有不同。他没有做过工，主要靠稿费生活。从而可以腾出时间和精力来考察欧洲各国的社会综合情况，考察工人运动和学生运动。周恩来为《益世报》撰写的长篇通讯《留法勤工俭学生之大波澜》报道了400多名中国留学生发起的一场争取“生存权”和“求学权”的斗争始末。
  1920年12月下旬，北京共产主义小组最早成员之一张申府到达法国。1922年3月初，周恩来与张申府等由巴黎迁居德国柏林。旅德期间，周恩来和张申府以及原在柏林的中共党员代表组成旅德中共党组织，积极开展党的活动，经常往来于柏林、巴黎之间，联络勤工俭学生和进步华工，举行报告会，作演讲，宣传无产阶级革命的思想，推动旅欧共产主义组织的筹备工作。6月，旅欧共产主义组织第一次代表会议在巴黎西郊的布伦森林中召开。确定组织名称为旅欧中国少年共产党，周恩来当选3名中央执行委员会委员之一，负责宣传工作。会议还决定出版机关刊物《少年》，由周恩来负责筹办。同时，他还是该刊物的主要撰稿人之一，先后发表了《共产主义与中国》、《告工友》、《十月革命》等文章。1923年2月中旬，旅欧中国少年共产党在巴黎召开临时代表会议，选出新的执行委员会，周恩来任执委会书记。翌年，《少年》改组为《赤光》，周恩来作为主编和主要撰稿人，在《赤光》上发表了《军阀统治下的中国》、《列强共管中国的步骤》等30多篇文章。
  1924年初，在国共合作的形势下，以广东为根据地的国内革命运动蓬勃发展起来，急需大批干部。旅欧党组织根据中共中央的指示，决定选送一批干部回国，周恩来也在其中。1924年7月下旬，周恩来踏上了归途。四年前，当他来到欧洲时，还是一个为寻求革命真理而上下求索的热血青年；而今已是一个有着坚定革命信仰的马克思主义者，一个走向成熟的职业革命家了。