同年，周恩來抵日本，入當時東京神田區中猿樂町的“東亞高等預備學校”學習日語。該校校址，現為東京都千代田區神田神保町２丁目２０號，已經改建為高齡者中心和愛全公園。周恩來當年在此留學的紀念碑就建在一派安恬、靜謐氣氛的公園內。公園附近有著名的神田書店街，周圍大學林立，近處有明治大學、日本大學、東京醫科齒科大學，稍遠處有東京大學、早稻田大學等，過往行人多是年輕學生，這裏是東京都內最有朝氣的街區。
周恩來當年寄宿在離學校不遠的三崎町。當時，中國留學生的生活都很節儉。他寫給南開同學陳頌言的信中說：“乍至，席地而坐，而飲，而食，而讀，而臥，頗覺不慣，久之亦安。食日本餐，食多魚，國人來此者甚不慣食，弟則甘之如飴，大似吾家鄉食魚風味，但無油醬烹調，以火烤者居多……” 原橫濱國立大學教授岡本隆三在《留學日本時期的周恩來》一書中，引用與周恩來有過接觸的長島善雄的回憶說：周恩來上學時穿著黑色立領雪花呢製服，戴著俄式帽子，平時穿和服，腳蹬一雙木屐，是一位英俊瀟灑的青年。
據當年見過周恩來的日本人回憶和有關資料介紹，周恩來那時並不是天天上學，他花了大量時間在宿舍看書報。俄國十月革命爆發了，他在日本報紙上看到一些有關介紹，便以極大熱情關注俄國革命的發展。他開始接觸馬克思主義，閱讀了幸德秋水的《社會主義精髓》、約翰·裏德的《震動環球的十日》、界利彥創辦的《新社會》雜誌等，尤其是河上肇的著作如《貧乏物語》和由他創辦的《社會問題研究》，引起了他的濃厚興趣。他在一首詩說：“人間的萬象真理，愈求愈模糊/ 模糊中偶然見著一點光明，真愈覺姣妍。”他曠課的時候更多了，他是留日學生一些遊行集會的組織者和領導人，有時得外出進行秘密的革命活動。
1919年春天，周恩來離開日本回國。在回國前寫給友人的信中，有“家國恨，天下事，不堪一提！極目神州，愴懷已達極點！”“苦吾民矣，為之奈何！”等語。回到中國，他隨即投入了轟轟烈烈的五四運動。此後他對於中國革命和這個處於巨變的國家所起的作用，可以借用美國前總統尼克鬆寫在周恩來離世五年時後的兩段話——
一位在台灣的國民黨官員甚至對我這樣說：“在內戰時期，隻要有周恩來一個人在我們這一邊，那今天在台灣流亡的，可能就是毛澤東了；安居於北京的可能是我們。”這官員的話語，是否誇大姑且不論，但他有一點說得很對：過去對毛澤東在中國革命中所起的作用估價過高了。毛澤東不可能單槍匹馬地征服中國，統治中國。假如沒有周恩來，他是否能取得這樣的成功，那是一個很值得研究的問題。應該記住一點是，並不是由於有毛澤東一個人，而是由於有他和周恩來的合作，才使他們贏得了中國。