1934年夏，盛彤笙在上海醫學院讀完本科三年級，還差兩年畢業時，碰上原籍江西招考公費留學生，其中有去德國學習獸醫的一個名額，這是一個十分難得的出國留學機會。盛彤笙經再三考慮，即趕回南昌報名應試，並被錄取。這年9月，盛彤笙中斷了在上海的學業，和同窗好友屈伯傳同船赴德國留學。海輪出發的汽笛拉響，辭別了送行的人群，海岸線漸漸模糊了，波濤載著海輪漸行漸遠，他的目標卻愈來愈清晰。科學救國，教育救國，才能使祖國強盛，民族自立，這是盛彤笙等一代知識分子抱定的理想和肩負的使命。在海上航行了一個多月，他以過人的天賦和刻苦精神，憑借過硬的英語功底和初級德文基礎，開始學習新的語言。近800小時的船上生活，對別人來說，除了看日出日落，也許便是百無聊賴，但他卻沉浸在緊張的學習和美好的期盼之中，到柏林時已初步能用德語會話。以後他租住在德國人家中，半月後與德國人通電話時，對方已不能分辨出他是外國人了。
德國的大學全都是國立的，學製也完全相同。它們的傳統是鼓勵學生頻繁轉學、借讀和選課，以便聆聽各校著名教授的不同學術觀點，兼收並蓄。這就給基礎紮實、天賦超群的盛彤笙更加自由的發展空間。入學後的第一學期是在慕尼黑度過的，第二學期便轉學到了柏林。由於柏林大學的醫學院和獸醫學院設在同一條街上，而且是門對門，這就給他在兩個學院選讀功課提供了便利。由於他在上海醫學院上了三年級，該校的嚴格訓練也得到德方的承認，校方根據他的學曆，建議應該首先讀完醫學專業，並準予免修部分課程。這兩年，是他學習最緊張的時期，每天學習、實驗都在12小時以上。他不但學完了在國內未學的專業課，還選讀了著名教授Rossle博士的病理學，Magnus博士的外科手術和Von Eicken博士的耳鼻喉科治療示範等課程。1936年 夏，通 過 了《有關應用洋地黃後負荷提高問題的研究》論文的答辯，獲得柏林大學醫學博士學位。
之後，盛彤笙又轉學到漢諾威獸醫學院完成獸醫方麵的功課和博士論文。由於有堅實的醫學和動物學基礎，僅用兩年的時間，他便以優秀成績順利完成了獸醫專業的學習，於1938年夏返回柏林大學獸醫學院，通過論文《弗氏流感杆菌與豬流感杆菌和仔豬流感杆菌的比較研究》的答辯，深得導師的嘉許，獲得獸醫學博士學位。
四年的留學時光，對盛彤笙在以後的做人、做事和做學問方麵都產生了極大的影響，培養了他畢生嚴謹的治學態度。他曾經回憶說：
“在德國，我有機會聆聽和目睹了許多名教授的講課和手術表演，大大開闊了視野和眼界。其中印象最深的，在醫學方麵的有柏林大學病理學教授Russle博士的精湛講授，外科教授Magnus博士的課堂大手術表演和耳鼻喉科教授Von Eicken博士的課堂治療示範等，在當時都是令人歎服的絕技。在獸醫方麵，柏林的Dobberstein教授和漢諾威的Cohrs教授的病理學；柏林的Neumann—Kleipaul教授和漢諾威的0ppermann教授的診斷與內科學；漢諾威獸醫學院的HenkeIs教授的外科、Goetze教授的外產科和牛病學方麵的講授和手術表演，也都是有極高水平的。特別是指導我的博士論文的漢諾威大學Miessner教授和主持答辯的柏林Dahman教授，都是當時世界獸醫微生物學方麵的權威，他們的嚴謹治學精神和不厭其煩的教誨，使我至今感激難忘。”