就這樣，他開始鑽研社會主義學說，開始跟梁啟超（即梁任公）、張東蓀有了聯係。
周佛海在他的《往矣集》的《扶桑笈影溯當年》一文中，十分詳細寫及他進入中國共產黨陣營的經過：
民國九年（引者注：1920年）夏天，決心回沅陵省母。……那晚得一到上海，便不能再往前進了。因為那時張敬堯督湘，我們的湘軍，群起驅張，戰事緊張，道路梗塞。……
既然不能回家，打算到杭州去玩玩。動身之前，去時事新報館訪張東蓀。他是《解放與改造》的主持人，我因為投稿的關係，和他常常通信。我到了報館，他還沒有到。……後來東蓀來了，卻談得非常投機。他們當時組織“共學社”，翻譯名著，請我也譯一本，我便擔任翻譯克魯泡特金的《互助論》。
到西湖住在智果寺，每日除譯書、看書外，便和幾個朋友劃船、登山……住了三個多星期，因為熱不可耐，仍舊回到了上海。
到了上海，張東蓀告訴我，陳仲甫（獨秀）要見我。仲甫本是北大教授，主辦《新青年》鼓吹新思想，為當時的當局所忌，所以棄職來滬，《新青年》也移滬出版。有一天我和張東蓀、沈雁冰，去環龍路漁陽裏二號，去訪仲甫。當時有第三國際代表俄人吳庭斯基（引者注：即維經斯基）在座。……
後來的情況，便如同本書第二章所描述的：維經斯基明確提出，希望組織中國共產黨。張東蓀不願加入。周佛海、沈雁冰同意加入。
這樣，周佛海便成了上海共產主義小組的成員。
周佛海曾在《扶桑岌影溯當年》中，談及他加入中國共產黨的思想動機：
我為甚麼讚成組織共產黨，而且率先參加？第一，兩年來看到共產主義和俄國革命的書籍很多，對於共產主義的理想，不覺信仰起來；同時，對於中國當時軍閥官僚的政治，非常不滿，而又為俄國革命所刺激，以為非消滅這些支配階級，建設革命政府，不足以救中國。這是公的。第二，就是個人的動機，明人不做暗事，誠人不說假話，我決不隱瞞當時有個人的動機……當時所謂個人的動機，就是政治的野心，就是Political Ambition。在一高的時候，正是巴黎和會的前後，各國外交家都大出鋒（風）頭。所以當時對於凡爾賽，非常神往，抱負著一種野心，將來想做一個折衝樽俎，馳騁於國際舞台，為國家爭光榮的大外交家。後來研究俄國革命史，又抱著一種野心，想做領導廣大民眾，推翻支配階級，樹立革命政權的革命領導者。列寧、特路茨基（引者注：即托洛茨基）等人物的印象，時縈腦際，輾轉反側，夙興夜寐，都想成這樣的人物。……
周佛海和施存統，實際上都是在上海加入了共產主義小組，然後去日本的。他倆在日本組成了一個小組。
周佛海還曾回憶：
回到鹿兒島之後，除掉上課以外，仍舊是研究馬克斯（引者注：即馬克思）、列寧等著述，和發表論文。同時，我想要領導群眾，除卻論文，最要緊的是演說。所以料合十幾個中國同學，組織了一個講演會，每禮拜講演一次。練習演說。當時同學都說我有演說天才，說話很能動人。我聽了這些獎勵，越加自命不凡，居然以中國的列寧自命。現在想起來，雖覺可笑，但是在青年時代，是應該有這樣自命不凡的氣概的。……
1920年周佛海加入中國共產黨之際，不過二十三歲，是一大群熱血青年中的一個。然而，他的政治野心，他的領袖欲，卻為他後來改弦更張、叛離中國共產黨預伏下了思想之根……