向西方学习，当然以出国留学为最直接、简便的途径，但中国人留学之路却是格外艰难和曲折。鸦片战争后，清政府未派留学生出国，但东南沿海已有传教士开办新式学堂，让一些穷苦学生就读，传教士归国时，也会顺便带学生出国，容闳（1828—1912年）就是这样到美国留学。同时在兴办洋务过程中，洋务派也感到有必要派留学生出国学习，因此，曾国藩、李鸿章在十九世纪七十年代初，多次上奏朝廷，提出派留学生的建议，终被批准，开始了现代中国人出国留学的国家政策。以后留学生愈来愈多，对中国社会、文化、中外交流，都起了重要作用。

当时人普遍认为，出国留学有辱祖宗门楣，因此比较富裕的人，根本不愿意让子弟留洋，穷苦人家也感到漂洋出国很可怕。有一位留美幼童回忆说：“当我还是小孩子时，有一天，一位官员来到村里，拜访各住户。看哪一家父母愿意把儿子送到国外，接受西方教育，由政府负责一切费用。有的人申请了，可是后来乡人散布流言，说西方野蛮人会把他们的儿子活活剥皮，再把狗皮接种到他们身上，当怪物展览赚钱，因此报名的人又撤销。”由此可见，留学事业举步维艰。因为时人不仅认为出国留学很丢脸，而且是很可怕的事，往往要签“生死合同”。詹天佑出国时，父亲需立下具结：“具结人詹兴洪今与具结事，兹有子天佑，情愿送赴宪局，带往花旗国肄业。学习机艺回来之日，听从中国差遣，不得在外国逗留生理。倘有疾病生死，各安天命，此结是实。童男，詹天佑，年12岁，身中，面圆白，徽州府婺源县人氏。曾祖父贤。祖世鸾。父兴洪。同治十一年三月十五日。詹兴洪（亲笔画押）。”

容闳为广东香山南屏镇（今属珠海）人，字达萌，号纯甫。1841年进澳门马礼逊学堂，1847年，随该校校长到美国。1854年，从耶鲁大学毕业，是中国最早的留美毕业生。第二年他回到国内，经人介绍于1863年入曾国藩幕府。容闳利用种种机遇劝说兴办留学，并具体提出派幼童赴美的计划，自愿带队出国。他的建议得到曾国藩赞同，并向清廷奏报。曾国藩奏派上海广方言馆总教习陈兰彬为留美学生委员（监督），容闳为副委员（副监督），并制定具体章程。决定挑选12至15岁儿童赴美，每年30名，学期15年。1872年8月12日，第一批30名幼童乘轮船离开上海，前往美国。1873年、1874年、1875年，第二、三、四批各30人相继赴美，这是中国第一次由政府主办的留学事业。1872至1875年间，容闳受命主持选派幼童赴美，任留美学生监督。不久，任清政府驻美副公使。回国后，因参与“戊戌维新”被清政府悬赏通缉，出逃香港，后再赴美。1912年在美国病故。

为使幼童生活有人照料，又能及早打破语言障碍，他们到美国后，被安置在美国人家中，每家二三人。到能听、能懂英语讲课时，才进入当地小学、中学，然后分别报考高等学校，接受专门教育。这些幼童很快适应当地的饮食起居，有人学会了钢琴西乐，有人学会了棒球、篮球，他们与所住家庭建立起深厚感情。幼童除了学习英文及基础课程外，还要学习中文。每三个月分批到固定地点学习汉语，读四书五经，拜孔子牌位。他们优异的成绩和良好品德，得到美国学校和家庭的好评。幼童很快适应美国生活，他们的穿戴、举止和价值观，不可避免地也发生较大变化。例如，美国学校注重体育运动，传统的中式长袍马褂使他们感到极不方便，特别是头上的辫子，总是被人嘲笑，在运动中妨碍成绩。有些学生就悄悄把辫子剪了。他们的变化引起中国留学监督陈兰彬不满，他甚至反对学生参加体育运动。他向国内汇报，这些学生扬弃中国文化，并强烈攻击为学生辩护的容闳。他的汇报引起国内守旧势力的共鸣，清政府最终在1881年，决定分批撤回留学生，幼童留学计划就此夭折。

福州船政学堂开办数年后，仍满足不了人才培训的需要，于是决定派学生出国留学。1877年春，挑选出学习制造者14名、艺徒4名、学驾驶者12名，到英、法两国留学，学习制造枪炮、火药、鱼雷、驾驶、营造等。这些学生成绩优异，回国后成为福州船政局和北洋水师的骨干。1881、1886这两年，又派出第二及第三批学生。第三批所学专业有所扩大，如化学、物理、英语、法语、拉丁语、法理学、国际公法、海军公法等。船政留学生对中国造船业和海军建设起了重要作用。船政局后来主要依靠留学生主持，参加甲午黄海之战的12艘北洋水师船舰的管带，有半数是首届船政留学生。