清光绪年间，许多有识之士看到清政府故步自封闭关自守造成中国贫穷落后的现状，深深感到掌握更大本领救国救民的责无旁贷责任重大，寄希望于学习国外的先进思想、科技知识和改革经验，纷纷要求到国外去学习。清政府迫于各界的呼声压力，不得不表面上做出开放姿态来应付，派遣一些官员和学生出国去考察和留学。当时，日本被中国人看作向西方学习改革维新的样板，许多青年学生都把日本作为留学的首选地。周树人从矿路学堂毕业后便提出了赴日本留学的申请。江南督练公所审查后，决定派遣矿路学堂前五名毕业生作为公派官费留学生赴日本留学。前五名包括周树人（字豫才）、张协和（名邦华）、伍仲文（名崇学）、芮石臣（原名芮体乾）及另外一人，后者因为祖母哭得死去活来的不让他走，所以只好放弃了去日本留学的机会。
清光绪二十八年二月（1902年月3月24日），周树人和三位同学一起由江南督练公所派赴日本留学，登上了日本“大贞号”轮船。经过十天的海上旅行，周树人和三位同学到达日本的横滨，然后乘车来到日本的首都东京，进入东京弘文学院。
周树人和他的同学被江南督练公所派往日本留学的目的当然是继续学开矿的，但官场办事前后不衔接，学生出国后就全不管了。周树人他们原打算进成城学校，但那个学校是日本陆军士官的预备学校，只有陆军学堂的毕业生才准许进入那所学校。周树人他们虽然来自陆师学堂，但他们是矿路学堂毕业的，日本政府不准许他们进入成城学校，因此他们只好改入东京弘文学院。这样，周树人便被安排在弘文学院的普通班的江南班里学习。学制是两年。
周树人以极大的热情投入到学习之中。那时候中国还是科举时代，出国留学的人员中多数是秀才，他们能做出上好的八股文和策论文章，但对于西学却全然不知，还得从头学起。周树人他们虽然在矿路学堂学过，但仍然要跟班听那些已经学过的功课。不过，他在矿路学堂已经学过数理化等自然科学知识，现在不必再花太多时间在这些课程上面了。于是，他便把较多的精力用在学习日语上。
这年初秋，浙江绍兴的许寿裳（字季茀，季黻，季市，号上遂）作为浙江官费留学生被派到日本东京留学，进入弘文学院预备日语班，班里有十余名学生，称为浙江班。这个浙江班和周树人所在的江南班的自修室和寝室相毗邻，不久，许寿裳和周树人便熟视并成为好朋友了。于是，周树人便经常找许寿裳讨论一些问题：怎样才是最理想的人性？中国国民性中最缺乏的是什么？它的病根何在？等等。
时值清光绪年间，中国人都留着一条长长的辫子拖在身后边。一般留学生觉得留学时间毕竟不长，如果剪掉了辫子梳了短发，到要回国的时候，头发一时留不起来，没有辫子怎么回国？所以，大多数留学生仍然留着长辫子，他们把辫子盘起来，用头上的制帽扣住。特别是速成班的，他们留学时间更短，便像道士似的把辫子在头顶上梳成一个髻鬏，弄得帽顶上突出来个“顶塔”的怪样子，于是，大家便给它起了个诨名叫做“富士山”。有的人还从帽沿下拖下好些发缕来，样子更是古怪而难看得要命。这些留学生走在大街上，制帽顶上高耸着“富士山”，口里说着怪声怪气的日本话，日本人都以一种异样的目光看着，而日本的年轻人则公然讥笑他们，小孩子们则叫他们“锵锵波子”。起初，周树人也是有发辫的，不过把头上的“顶塔”留得很小，不多的发辫盘在帽子里不露出什么痕迹。后来，看见了这些“富士山”受到日本人的讥笑着实很生气，加之他自从庚子以后形成的民族革命思想的作用，对于辫子已是深恶痛绝，于是，1903年2月，他不顾弘文学院的清政府监督的警告，毅然决然地把辫子剪掉了。
周树人剪掉了辫子，满面喜悦地跑到好友许寿裳的屋里。许寿裳看到他十分得意的样子，发现原来是他脑后拖着的“尾巴”没有了，高兴地赞赏道：“啊，壁垒一新！”周树人用手摩一下自己的头顶，和许寿裳相视一笑。周树人是江南班里第一个剪掉辫子的学生，在学生中间立时引起了很大的轰动。江南班监督姚文甫知道之后大为恼火，怒气冲冲地扬言要停掉周树人的官费并把他遣送回国。那时候，在每省官费留学生班里都有一名监督，名为率领学生出国，实则毫无事情可做，连语言也不通，习俗也不晓，游手好闲。不久，这位监督姚文甫和一位姓钱的女子发生奸私事，邹容等五个同学在寓中闯见，先扇了他一顿嘴巴，然后用快剪刀剪掉了他的辫子，并把他的辫子挂在留学生会馆里示众。这位监督姚文甫狼狈地夹着尾巴回国了。周树人剪掉辫子的“事件”就这样过去了。
周树人剪掉辫子以后，特意到照相馆照了一张免冠照片，寄给在南京的二弟周作人和家乡的亲人，表示他与清朝腐朽势力斗争的决心。他还把这张照片送给了好友许寿裳，并在照片背面题了一首诗《自题小像》：
灵台无计逃神矢，风雨如磐闇故园。
寄意寒星荃不察，我以我血荐轩辕。
周树人写这首诗的时候，正值八国联军侵华战争刚刚结束，帝国主义的疯狂入侵和清政府的卖国行为，把灾难深重的中华民族进一步推进了殖民地、半殖民地的深渊。他作为留学海外的中国人深深为爱国热情和革命思潮所激励，遥望黑暗沉沉风雨飘摇的祖国同胞未觉醒，表现出对祖国对人民命运的深切的关注和担忧，立下了献身祖国和人民的壮丽誓言和豪情壮志。
弘文学院是一所私立学校，十分重视自己的经济效益，往往巧立名目多招生滥开课，并做出各种规定向学生乱收费，而教学质量却得不到应有的保障。留学生们在忍无可忍的情况下，决定团结起来采取行动对校方抗议。经过讨论，五十二名学生采取了统一退学行动，当即离校而搬到旅馆中去住了。这其中就有周树人。起初，校方以为这些书生不过闹一闹而已，所以态度十分强硬毫无妥协之意。然而，他们估计错了，这些学生十分团结异常坚决，在校外一直住了半个月也没有回头，看样子真要跟校方斗争到底了。校方一看不妙，惟恐这些学生闹成学潮，大规模学生退学会给学校带来巨大的损失，于是只好向学生们做出让步，取消了那些不合理的规定，撤除了教务干事的职务。
在这次斗争中，周树人深深体会到集体的力量，大家只要紧密团结不屈不挠地斗争，正义和真理终究会战胜邪恶势力。
在弘文学院学习期间，周树人有了接触革命活动的机会。当时，中国的一些革命活动家和宣传鼓动家云集东京，利用各种机会进行反对清朝腐败朝廷的革命宣传活动，尤其在青年留学生中具有很大的号召力和影响力。在东京留学生馆里，留学生们经常举行集会，邀请著名的爱国人士、革命活动家和宣传鼓动家来做演讲报告。那些慷慨激昂的演讲报告使青年留学生们受到有力鼓舞，从而将革命的火种迅速地传播开来。
周树人热情地参加了这些革命气氛浓烈的演讲报告会。那些慷慨激昂的演讲报告也使他受到强烈的激励，决心积极地投入到留学生的火热的革命斗争中去。
东京的留学生们在革命气势的推动下，纷纷走出课堂，积极投身到推翻满清朝廷的革命斗争之中。他们通过创办各种书刊制造革命舆论，揭露满清朝廷黑暗和腐败，号召广大留学生起来参与革命斗争。留学生创办的刊物在东京云起，像江苏留学生创办的《江苏》、浙江留学生创办的《浙江潮》等刊物，都大力宣传革命思想，揭露满清朝廷的黑暗腐败，在广大留学生中产生了深远的影响。留学生编写的小册子也在东京问世，像《警世钟》、《革命军》等书籍，也都极力宣讲革命道理，启示人们看清革命形势，鼓动大家积极起来参加推翻满清王朝的革命斗争。
清光绪二十九年正月（1903年2月）《浙江潮》（月刊）在东京创刊，起初由孙江东和蒋百里二人主编。《发刊词》是蒋百里写的：“忍将冷眼，睹亡国于生前；剩有雄魂，发大声于海上。”这篇发刊词极富有鼓动性，激发留学生们的革命热情。周树人看罢，兴奋地拿起笔来为这本刊物设计了一个封面，根据这本刊物名称的深刻含义，用翻卷的巨浪象征着汹涌澎湃的革命浪潮。刊物内登载有章太炎先生的四首诗，其中有：
《狱中赠邹容》
邹容吾小弟，被发下瀛洲。
快剪刀除辫，干牛肉作糇。
英雄一入狱，天地亦悲秋。
临命须掺手，乾坤只两头。
《狱中闻沈禹希见杀》
不见沈生久，江湖知隐沦。
萧萧悲壮士，今在易京门。
螭魅羞争焰，文章总断魂。
中阴当待我，南北几新坟。
这些诗，受到留学生们的欢迎和喜爱。当时，周树人拿到《浙江潮》刊物，反复诵读这些诗句，很受感动，日久不忘，对章太炎这样一位革命家十分敬佩。
后来，许寿裳接任编辑，向周树人约稿。周树人一口答应，隔了一天，便拿出一篇文章《斯巴达之魂》交给了许寿裳。周树人不推拖不躲懒的态度，诺言爽快撰文迅速的作风，令许寿裳特别佩服。
《斯巴达之魂》这篇文章，是根据外国资料编译的一篇短篇小说，故事内容是说：古代希腊遭受波斯侵略，希腊国王斯巴达率领军队同敌人进行了一场殊死战斗，除一名战士因眼病未参加战斗而侥幸活下来之外，希腊军队全军覆灭；斯巴达回家后，王后误认为他是怕死而临阵脱逃，又是羞愧又是气愤，因而自杀身亡。在这篇文章的编译过程中，周树人进行了一番再创作，加进了许多自己的思想，希望借斯巴达的故事来鼓励民族的尚武精神。这篇文章中表现出来的将士艰苦卓绝死战的勇敢、少妇斥责生还国王的严厉，使读者如见其人，学生们读了以后很受感动。学生们对周树人的文学才华十分钦佩。但是，他却自惭幼稚，其实任何天才无不从幼稚生长出来的。
几天后，周树人又将一篇题为《哀尘》的文章交给了许寿裳。这是一篇根据法国作家雨果的《芳梯的来历》翻译过来的。许寿裳喜出望外地接过这篇文章，看了之后觉得非常之好，当即决定将这篇文章同前一篇文章同时在《浙江潮》上发表。
6月，《浙江潮》上同时发表了周树人的两篇文章：一篇是署名“自树”的《斯巴达之魂》，另一篇是署名“庚辰”的《哀尘》。
从此一发而不可收，周树人从事翻译和创作的欲望和激情与日俱增。这一年的下半年，他连续翻译了法国科幻小说家儒勒·凡尔纳的科幻小说《月界旅行》和《地底旅行》，创作了介绍法国物理学家居里夫人发现放射性元素镭的科学论文《说鈤》和介绍中国地质情况的科学论文《中国地质略论》，并和同学顾琅（原名芮体乾）一起编写了《中国矿产志》。其中，《说鈤》和《中国地质略论》两篇论文、科幻小说《地底旅行》前二回均在《浙江潮》上发表。那时候，新元素“镭”刚刚被居里夫人发现，他便以极大的热情撰写了《说鈤》这篇文章以飨国人，唤起人们对科学研究重要性的认识。科幻小说《月界旅行》后来由东京进化社出版发行。
清光绪三十年三月（1904年4月），周树人从弘文学院毕业了。