自甲午戰爭以後，各帝國主義在中國展開了投資、奪取租界地和劃分勢力範圍的大競爭，掀起了瓜分中國的狂潮。1900年，英、法、美、日、俄、德、意、奧八國聯軍入侵中國，對中國人民進行野蠻的屠戮和瘋狂的掠奪。東北三省、膠東半島、長江中下遊一帶和廣東、廣西、雲南、福建等省，分別被沙俄、德、英、法、日等國劃分為自己的勢力範圍。他們給中國人民帶來了數不清的痛苦和災難。正如偉大導師列寧憤怒指出的：“歐洲各國政府（最先恐怕是俄國政府）已經開始瓜分中國了。……它們殺人放火，把村莊燒光，把老百姓驅入黑龍江中活活淹死，槍殺和刺死手無寸鐵的居民和他們的妻子兒女。”亡國的危險像一個可怕的魔影，籠罩在中國人民的心頭。“嗚呼，中國覆亡有日矣！”就是在這個時候，李四光走進了新學堂，開始接觸新思想。
鴉片戰爭以後，中國先進的人士為了挽救民族危亡，努力提倡學習西方。他們認為西方資本主義國家是進步的。要救國，隻有維新；要維新，隻有學西方。他們想用西方的自然科學和社會科學，來武裝中國，使中國逐步富強起來。太平天國運動之後，清朝統治集團內部分化出一批主張中學為體，西學為用的洋務派。湖廣總督張之洞是清末洋務運動的首領之一。
張之洞，字孝達，號香濤，直隸南皮人。1884年升任兩江總督，起用馮子材，在廣西邊境擊敗法軍。1889年調任湖廣總督，開辦漢陽鐵廠和湖北槍炮局，創辦兩湖書院。認為“中國之禍不在四海之外，而在九州之內”，把當時資產階級維新思想的傳播斥為“邪說暴行，橫流天下”，提出“舊學為體，西學為用”，以維護封建倫理綱常，反對戊戌變法。
張之洞在湖北開礦辦廠，振興實業的同時，還設立了新學堂，培養人才。這種新學堂，除繼續教學生讀經書外，還講授一些科學技術知識。1902年5月，在張之洞主持下，湖北全省學務處成立，開始興建大中小學堂。到1904年，湖北各地，特別是省城武昌，興辦新學的規模超過全國各地。“湖北省，二百堂，武漢學生五千強。”少年有誌者，都來武昌就學。
省城開辦新學堂的消息，很快傳到黃岡。有著強烈求知欲望的李四光，向父親提出了去新學堂念書的請求。父親李卓侯認為他聰明、勤奮，去洋學堂讀書，將來必有大的造化，於是很支持他，答應了李四光的要求，並馬上向鄉親借了路費，母親也為他趕做了一件藍棉袍子，就在1902年冬天，李四光挑起行李，告別父母，前往省城武昌。從此，他衝破了封建私塾的牢籠，來到新學堂讀書，就像穿雲破霧、展翅翱翔的海燕，心情格外興奮。
進了武昌城，李四光來到了設在水陸街守備衙門內的湖北省學務處報名，準備參加入學考試。一個農村孩子，由於初次到大城市，看到什麼都新鮮，做事總是礙手礙腳，過於緊張。李四光在填寫報名單時，正因這種緊張的心情，誤將姓名一欄當成年齡欄，寫了一個“十四”。當他發覺填寫錯了時，便把“十”字加上幾筆改成了“李”字，總算姓沒有改變，可是“四”字改成什麼好呢？叫“李四”這個名字又不好聽，正在左右為難時，抬頭看見中堂上掛著一塊橫匾，上麵寫著：“光被四表”，他靈機一動，在“李四”後麵加了一個“光”字。從此，李仲揆又名李四光了。
湖北官辦新學堂，是從高等小學堂開始的，認為“小學為培養人才之源”。當時在武昌城內，一共設有五所高等小學堂，分為東、西、南、北、中五路，統稱五路高等小學堂。各學堂招收學生一百名。入學的條件是：能夠背誦經書一兩部，文理粗通，年齡在11歲至14歲之間。李四光順利地通過了入學考試，被錄取到西路高等小學堂，又稱第二高等小學堂讀書。當時，學堂的條件比較優越，凡是入學學生全部寄宿，夥食、服裝及其他生活學習用品都部分由學堂供給。這對於生活本來比較拮據的李四光的家庭來說，無疑是個再好不過的消息了，因此，李四光的全家都十分高興。
那時到新學堂來讀書的，多是些有錢人家的子弟。他們穿綢緞，著輕裘，入學時不是坐轎而來，就是有人護送。李四光同誌沒有華衣麗服，僅有媽媽在他入學時趕製的那件藍棉袍子較為體麵，其餘的都很破舊了，隻不過洗補得比較整潔而已。他沒有讀書人的架子和富家子弟的驕橫傲氣，說話從容，待人誠懇。一些闊氣的學生覺得他土氣，瞧不起這個鄉巴佬。但是，李四光不久就以他的學識和品德出類拔萃，贏得了同學們的欽佩，博得了老師們的讚賞。
這個小學堂開設有修身、讀經、中文、算術、曆史、地理、格致、繪圖、體操九門課程。所謂的格致，是當時對聲光化電等自然科學部門的統稱。每日上課6個小時，其中讀經就占2個小時，學製四年。
在西路高等小學堂裏，李四光認真學習，刻苦鑽研，爭分奪秒地閱讀各種各樣的新書，對中外的曆史、地理書籍尤為喜愛，特別對西方科學技術知識更感興趣。他如饑似渴地吸取著各科知識。這些新書、新知識深深地吸引著他，開闊了他的知識領域。課堂上教授的知識，不能滿足他的要求，他就經常自己找書讀。所以，他的學習成績一直在班裏名列前茅，令大家刮目相看。
這期間，李四光接觸到了康有為的維新思想，這些新思潮，對他產生的影響很大。
康有為是中國向西方尋找真理的早期先進人物，是19世紀末維新運動的領導者。他的學生梁啟超，也是維新運動的積極倡導者。麵對19世紀末葉空前嚴重的民族危機，以康梁為代表的資產階級改良派，開始感到頑固守舊的封建專製製度，已不適應新的形勢。為了挽救民族危難，改革現狀，他們發動了一場要求學習西方，實行君主立憲的維新運動，以期通過不根本觸動封建製度的改良辦法，使國家逐步富強起來。這種“變法圖強”的主張，在當時的曆史條件下，具有一定的進步意義。李四光原來生活在閉塞而偏僻的鄉村，對康梁“變法維新”的主張不了解，有關這方麵的思想，他從來沒有聽說過。所以，李四光一接觸到康梁變法救亡的思想，便感到十分新鮮。他們關於君主立憲的主張，得到李四光的讚同，他希望有賢能的人出來進行變革，使國家逐步富強起來，免遭列強的欺辱。