1901年10月，陈独秀进东京学校（即东京弘文学堂）师范科学日语。在后来的十四年里，陈独秀分别于1901年秋、1902年秋、1906年春、1907年春、1914年夏五次到日本。
第一次到日本，陈独秀在留日学生造册登记上写了：“光绪二十七年十月，东京学校”。陈独秀东京学校（即东京弘文学堂）师范科学日语。因为参加了苏州励学译社，课余，陈独秀参加了中国留日学生在东京组织的“励志社”。因看不惯励志社中的章宗祥（湖州人）、曹汝霖（上海人）一帮人逢迎拍马，巴结权贵，陈独秀和张继等人很快退出了励志社。
冬天，陈独秀和桐城同乡潘赞化一起乘船回国。潘赞化生于1885年，小陈独秀七岁。后来，潘赞化娶青楼女子张玉良为妻，留下一段风尘佳话。
陈独秀去日本这年，嗣父陈昔凡将南水关道院内的房子扩建成两幢毗连的房子，隔壁是李鸿章公馆。陈昔凡看上这块风水宝地，准备在这里颐养天年。（上世纪八十年代被毁，现为自来水公司大院子西面广场的一部分，遗址尚存一根石梁柱）
去日本的短短几个月，陈独秀开阔视野，精神面貌焕然一新，其身份、心理发生了重大的变化。他不再是东游西荡的社会青年，而是留洋学生了。陈独秀回家后，安徽大学堂的学生郑赞丞、房秩五，武备学堂学生柏文蔚，南京陆师学堂学生葛襄（葛涓仲，桐城人），以及潘赞化、何春台等人，都喜欢和陈独秀聊天。陈独秀仿照励志社，发起成立了“青年励志社”，社址设在敬敷书院藏书楼（今姚家口）。
1902年秋天，陈独秀等人的活动引起了清朝安庆地方当局的警觉。陈独秀不得不离开安庆，途径南京、上海，第二次去日本。
到南京后，陈独秀陪同行的葛襄去他的母校江南陆师学堂访友，在那里认识了该校学生、徽州人汪稀颜、浙江人章士钊。陈独秀告诉汪稀颜，自己写了二卷《小学万国地理新编》，准备送到上海商务馆石印出版。陈独秀的《扬子江形势论略》是木印，这次，他打算石印。
一个月后，汪希颜写信给在芜湖搞图书发行的弟弟汪孟邹，称“程仲辅”氏为“皖城志士”，说“此君现游日本，兄未到堂时，蒙见来访”。“堂”，指江南陆师学堂。年底，汪稀颜猝然去世。陈独秀写了《哭汪稀颜》诗：“凶耗传来忍泪看，恸君薄命责君难。英雄第一伤心事，不赴沙场为国亡。”
这次到日本，陈独秀实龄二十三岁，在清国留日学生花名册上，他填虚岁二十四岁。在日本，陈独秀认识了苏曼殊、冯自由等新朋友，并和秦毓鎏、叶澜等人一起发起成立了“中国青年会”。该会以民族主义为宗旨，以破坏主义为目的，正对他的胃口。这次安庆知府对陈独秀等人的警惕，促使他走向了激进的资产阶级革命派的道路。
陈独秀临行前，高晓岚已有身孕。年底，高晓岚生了一个团团脸、活泼好动的儿子，因为排在延年之后，取小名“小五子”。他便是后来的中共北京区委组织部长、中共五大中央委员、中央组织部副部长、中共湖北省委书记、中共江苏省委书记陈乔年。
冬去春来，陈独秀又结识了留日学生中过激人物黄兴、陈天华、邹容等人。往来较多的是赵伯先、潘璇华、葛温仲、周筠轩等。当时陆军学生监督姚昱是清政府的一个走卒，大伙瞧不起姚昱的奴颜媚骨，打算找个机会教训一下这个奴才。
1903年3月31日夜晚，日本到处散发着樱花芳香的气息。月光下树影重重，昆虫在嫩绿的草坪中嗡嗡作响。这时，有几个黑影轻手轻脚地闯进了姚昱的住室。抱腰的抱腰，捧头的捧头，捉手的捉手，惊慌失措的姚昱还没有弄清楚发生了什么事，只听得咯嚓一响，他的辫子在辫根处被齐刷刷地剪去，顷刻间人去辫空。原来，这抱腰的是力气大的张继，捧头的是个子小的邹容，执剪的是胆大的陈独秀。当夜，他们将姚昱的辫子挂到留学生会馆。第二天，姚昱向清廷驻日本使节诉苦。不久，日本警方查出为首者是陈独秀、张继、邹容，旋即将三人驱逐出境。
此事，在日本留学生中引起轩然大波，连鲁迅（周树人）也很高兴。