周树人从东京弘文学院毕业以后，按规定应学采矿和冶金，但他决定学医学。同校方协商后，被仙台医学专门学校接受免费学习。他到仙台学医的动机有四：首先，他在父亲患病期间出入于当铺和药店，恨透了那些标榜名医而耽误了父亲的病的庸医，从典当所得的少许金钱都用于寻求那些不能治病的怪药，最终换得的却是父亲不能救治。学好了医学，就可以救治像父亲那样病人，使他们摆脱疾苦。其次，他认识到日本明治维新以后，日本医学大半是来自西医，可以促进中国的维新。再有，就是要解救中国女子的小脚。他认为要想解放中国女子那所谓“三寸金莲”而恢复其天足，也需要医学。后来，在仙台医专学习了人体解剖，悟到已断的脚的筋骨没有办法解决，终于对解救中国女子小脚断念绝望。他由绝望而愤怒，痛恨赵宋以后历代摧残女子者的无心肝。第四，他小时候牙痛，牙龈出血，那时想不到天下有西医，中医仿佛束手无策，说什么“牙损”难治得很。一位长辈还斥责他，说：不自爱，所以会生这病的，医生能有什么法？似乎生这病是一件耻辱，他从此不再跟别人提起牙齿的事。直到他到了日本长崎，牙医给他刮去了牙后面的所谓“齿沂”，牙齿才不再出血了，只花去一小时、两元钱。要学医学，在日本的千叶和金泽地方都设立有医学专门学校，但是，周树人却挑选了远在日本东北部的仙台医学专门学校，这也是有理由的，因为他在东京看厌了那些“富士山”，不愿意和他们为伍，只有仙台医学专门学校比千叶和金泽由于路远天冷，还没有中国留学生。
清光绪三十年八月（1904年9月），周树人前往仙台进入仙台医学专门学校。仙台是位于日本东北部海滨的一个偏僻闭塞的小市镇。大概是物以稀为贵吧。当时，这个小城市还没有中国学生，周树人是这个小城市的第一位外国留学生，当地报纸为此特别发了消息，在这个小城市里引起了一阵轰动。他来到仙台医学专门学校颇受到优待，学校不但为他免费提供学习条件，几名职员还为他的食宿操心，学校没有住宿宿舍，便专门为他安排了一家管食宿的客栈。只是这里的蚊子太多，睡觉时要用被盖住全身，用衣服包住头脸，只留两个鼻孔出气。蚊子无从插嘴，他便睡安稳了。后来，因为这家客栈在监狱旁边，一位先生说这客栈还包办囚人的饭食，让周树人住不适宜，于是又搬到了另外一家客栈，虽然每天总要喝难以下咽的芋梗汤，但总算顺利地安顿下来了。
开学了。周树人看见许多陌生的先生，听到许多闻所未闻的课程，什么骨学、组织学、生理学、解剖学，都十分的新鲜有趣。从此，他便以极大的热情投入了学习。
上课了。这是一堂解剖学课，一位黑瘦的先生走进教室，他留着八字胡，戴着眼镜，腋下挟着一叠大大小小的书。他将书放在讲台上之后，便用缓慢而有顿挫的声调自我介绍说：
“我就是叫做藤野严九郎的……”
后面有几个人笑起来了。藤野先生扫视了一眼，开始讲述解剖学在日本的历史。原来那些大大小小的书就是讲关于解剖学从最初到现在的发展的。其中，还有翻印中国译本的，看来日本对新医学的翻译研究并不比中国早。
藤野严九郎是日本福井县人，毕业于爱知县立医学专门学校，毕业后留在本校任教，后来来到仙台医学专门学校任教授。他对教学工作十分认真，对学生要求十分严格。一些学生就因为他教的解剖学不及格而留了级。在课堂上坐在后面发笑的，就是上学年不及格的留级生。这个学生课后给新生讲每个教授的历史。他说：“你别看藤野先生对我们要求挺严格，其实，他对自己一点儿也不严格，连穿衣服都不讲究，有时竟然忘记带领结；冬天总是穿一件旧外套，寒颤颤的，有一回上火车，乘务员疑心他是扒手，叫车里的乘客小心些。”
一个星期后，这一天是星期六，藤野先生让他的助手把周树人叫到他的研究室。周树人走进研究室，藤野先生坐在那些人骨旁边正在研究着头骨。
“我的讲义，你能抄下来么？”藤野先生问。
“可以抄一点。”
“拿来我看看！”
周树人将自己抄的讲义交上去。藤野先生收下了，说以后每一星期都要将抄的讲义给他看。过了两天，当周树人把自己抄的讲义拿回来看时，不禁大吃一惊，这手抄的讲义从头到尾都被红笔添改过了，不但增加了许多脱漏的地方，而且将语法错误都一一给做了订正。藤野先生这样，一直继续到教完了所担任的骨学、解剖学、血管学、神经学课程。藤野先生的关心和爱护，使周树人既不安又感激，使远离家乡亲人的周树人感到特别的温暖，更加倍地努力学习。
然而，周树人年少气盛有时也很任性。有一次，藤野先生又把他叫到研究室里去，翻出他的讲义上的一个图来，对他和蔼地说：“你看，你将这条血管移了一点位置。——自然，这样一移，的确比较的好看些，然而解剖图不是美术，实物是那么样的，我们没有办法改换它。现在我给你改好了，以后你要完全照着黑板上的样子画。”对于藤野先生的谆谆教导，周树人口头上答应着，心里却不服气地想着：“图还是我画的不错；至于实在的情形，我心里自然记得的。”其实，周树人并不是自己满足或自以为是，他的解剖图确实画得很好，班上的同学都很佩服的。这一方面与他小时候爱画绣像有关，另一方面也表现出他认真踏实的学习态度。
第一个学年很快过去了。学年考试完毕，周树人到东京玩了一个夏天，初秋回到学校时成绩已经发表，他在142个同学中名列第68。这对于一个外国留学生来说算是很不错的成绩了。这时，一些怀有偏见的日本学生认为中国留学生单凭自己的实力是不可能取得这样成绩的，怀疑藤野先生偏爱周树人而事先向他泄露了考题，于是便采取一些极不光彩的手段向周树人挑衅。
一天，本级的学生会干事带着两个同学闯进周树人的寓所里来，要借他的讲义看看。他把讲义找出来给他们看，他们却只是草草地翻了翻，既没说什么也没带走。但他们一走，邮差就送来一封很厚的信，拆开来一看，第一句话是：
“你改悔吧！”
周树人知道这是《新约》上的句子。时值日俄在中国东北境内进行重新分割中国东北和朝鲜的战争，俄国大作家托尔斯泰便写了一封给俄国和日本的皇帝的信劝他们结束战争，信的开头便引用了这句话。现在，这位学生会干事也在信上引用了这句话，不伦不类的，实在可笑。而且，这位学生会干事在信中还说上年解剖学考试题目，藤野先生在周树人的讲义上做了记号，周树人早就知道了考试题目所以才考得了好成绩，那口气气势汹汹，末尾是匿名。这使周树人想起了前几天的一件事，因为要开同级会，这位干事在黑板上写了一个通知，末一句是“请全数到会勿漏为要”，而且还在“漏”字旁边加了一个圈，当时周树人只觉得圈得可笑，现在才悟出那个“漏”字原来是有所指的，犹言他得到了教员漏出来的考试题目。
周树人看罢此信十分气愤，便将这件事告知了藤野先生；几个平时和周树人关系不错的日本同学也愤愤不平，和周树人一起去找那位学生会干事，诘责那位学生会干事找借口检查周树人的讲义的无礼，并要求他们将检查结果向同学们公布出来，以正视听。流言终于被消灭了。那位学生会干事自知理亏，不得不承认错误，竭力运动要收回那封匿名信。结果倒是那位学生会干事“改悔”了，周树人便将那封托尔斯泰式的信退给了他。
藤野先生曾学过汉语，受中国儒教“刺激感化”非浅，对于道德先进国家表示敬意，并不是对于周树人个别人特别加以照顾。所以，像藤野先生这样古道可风之人是决不会泄露考试题目的。在小林博士处保存的这一学年升级考试分数单，所列出的周树人的各项分数为：解剖59.3、组织72.7、生理63.3、伦理83、德文60、物理60、化学60，平均为65.5，在142名学生中间名列第68。
第二学年又开始了。藤野先生所担任的课程是解剖实习和局部解剖学。解剖实习了一周左右，藤野先生把周树人叫到他的研究室，很高兴地用他那极有抑扬的声调说：
“我因为听说中国人是很敬重鬼的，所以很担心，怕你不肯解剖尸体。现在总算放心了，没有这回事。”
实际上，最初动手解剖尸体时，周树人心里颇有些惴惴不安，尤其看见那年青女子和婴幼儿的尸体，常产生一种不忍心破坏的情绪，非特别鼓起勇气是不敢下刀的。他倒不是敬重鬼，而是那些男女老幼的尸体在他眼里都是完整的人，实在是不忍心去破坏那些躯体。一节又一节的解剖课，一次又一次地解剖尸体，他心中的不安渐渐地淡化了。可是，当手术刀下出现的是胎儿在母体中、墨黑的矿工炭肺的时候，他的心中便产生一种痛惜不安而目不忍睹的思想感情。
当然，藤野先生也偶尔有使周树人觉得为难的时候。一次，他说，听说中国女人是裹脚的，但不知道详细情况，问周树人那是怎么裹法，足骨变成了怎么样的畸形。他还叹息道：“总要看一看才知道。究竟是怎么一回事呢！”