經過艱苦的努力，徐悲鴻終於取得了公費留學的資格，實現了去法國留學的美好願望。
一個新的人生旅程開始了。
1919年3月23日，天下著小雨，黃浦江碼頭擁擠著許多人，人們打著五顏六色的雨傘，依依送別遠行的親朋好友。
一艘載重七噸的日本輪船即將起程了。二十四歲的徐悲鴻站在船欄邊，向送行的親友們揮動手臂，蔣碧薇含笑地倚在他的身邊，揮舞著一條絲質的手帕，向父母告別。
輪船起錨了，緩緩地在大海上航行……
入夜，徐悲鴻怎麼也睡不著覺，他看看身邊熟睡的妻子，輕輕地走到甲板上。輪船在蒼茫的大海上破浪前進。他多麼希望快點見到夢中的巴黎啊。本來，徐悲鴻準備一個人去巴黎，因為，國家隻給了他一個人的留學公費，很難維持兩個人的生活。但經過反複考慮，他最終決定帶蔣碧薇同行。在他的心中，蘊藏著一個美好的願望：蔣碧薇到藝術中心巴黎以後，能受到濃鬱的藝術氣氛感染，被那些舉世聞名、從文藝複興以來的繪畫大師們的傑作所感動。他衷心地希望，碧薇能愛上藝術，投身到藝術中。如果這樣，他們將不僅是生活上的伴侶，還將是誌同道合的朋友。過去的一切不愉快，都將成為曆史。悲鴻盼望著奇跡能發生。
徐悲鴻在船上沒有忘記作畫，他除了休息、吃飯，便是不停地練寫生，把他看到的新鮮事物及各種各樣的人物準確地畫出來，既收集了素材，也達到了練筆的目的。
船在西貢停了三天，徐悲鴻很有興致地遊覽了當地的動物園、植物園，觀察了那裏的風土人情。而後，輪船經新加坡，入印度洋，到亞丁灣，駛進紅海，過蘇伊士運河，繞西班牙葡萄牙南端，經過56天的航行，於5月初到達倫敦。
徐悲鴻和蔣碧薇立即參觀了著名的大英博物館。他在博物館內看到了許許多多日夜渴望見到的藝術珍品，這裏陳列了希臘雅典巴爾堆濃神廟的雕刻。在這些偉大的藝術作品麵前，他陶醉了。
徐悲鴻又參觀了國家畫廊，欣賞了委拉士貴支、康斯太布爾、透納等藝術大師們的傑作，還參觀了皇家畫會展覽會，見到了英國當代一些畫家們的佳作。
在英國停留了一個星期，5月中旬，徐悲鴻渡過英吉利海峽，轉乘火車到了巴黎。
5月的巴黎，氣候宜人，和風拂麵，街道兩旁的花，散發著誘人的芳香。在似曾相識的凱旋門前，徐悲鴻心潮澎湃，他感受到了多年夙願得以實現的歡樂。
在巴黎住下以後，徐悲鴻便同妻子迫不及待地去夢想已久的盧浮宮參觀。因為戰爭的緣故，盧浮宮裏的許多陳列室還關閉著，許多著名的傑作都還在安全的地方存放著，還沒有運回來。隻有一間陳列室中，掛著達·芬奇的傑作《蒙娜麗莎》、《聖母和聖安娜》及其他畫家的十餘幅畫。
《蒙娜麗莎》是達·芬奇為德爾·齊空達的夫人蒙娜麗莎所作的帶著深沉微笑的肖像。許多世紀以來，人們都為那深沉的微笑所傾倒，許多文藝評論家都在徒勞地解釋那隱藏在神秘微笑背後的東西。
大衛的作品也深深吸引了徐悲鴻，他崇拜大衛那種純正嚴密的畫風。在《荷拉斯兄弟之誓》前，悲鴻受到強烈的感動。作品描繪了荷拉斯三兄弟上戰場之前，向父親宣誓，堅決與敵人血戰到底，一去不複返的悲壯場麵。畫麵中，父親手持三支刀箭，神情悲壯，家裏其他人坐在一旁，悲痛欲絕。這幅作品一問世，便引起轟動，也使名不見經傳的大衛一舉成名。而大衛的另一幅畫《加冕式》，則場麵龐大，人物眾多，形象逼真。
離開盧浮宮，徐悲鴻又參觀了沙龍，看到了莫奈、羅朗史、達仰、弗拉孟、萊爾彌特、高爾蒙等前輩畫家的作品。
麵對如此眾多的藝術品，徐悲鴻驚歎不已。他感到無比的快樂、激動、安慰和溫暖，也深深體會到，在國內，自己隻是以畫謀生，而且因常作寫意的中國畫，所以觀察和描寫物象都不夠精確。為了盡快提高自己的水平，徐悲鴻決定先攻油畫。
於是，徐悲鴻先在巴黎徐梁畫院學習素描。白天，他除了用心學習素描外，還潛心研究西洋古典繪畫和大師們的傑作，領悟和感受他們的作畫方法。然後回到住所，繼續練習作畫。剛開始，他感到有些困難，兩個多月後，才漸漸順手。
1920年初夏，徐悲鴻以優異的成績考取國立巴黎高等美術學校，並拜著名教授弗拉蒙為師。
弗拉蒙是著名的畫家，作品流暢自然，尤其精於肖像畫。弗拉蒙對徐悲鴻的素描功力感到非常詫異，他很看重這個不遠萬裏刻苦求學的中國學生，親自指導悲鴻，不厭其煩。
徐悲鴻白天上午在學校學習，下午沒課，便到敘裏昂研究室畫模特兒，直到很晚才回家。這時，法國的各個博物館已陸續開放，許多作品都搬回巴黎，對遊人開放展覽，巴黎全市有大小博物館60多個，幾乎遍布各個角落。徐悲鴻利用星期日，到各個博物館參觀。他總是拿著一塊麵包，帶著一壺水，到博物館去看畫、臨摹，不到閉館絕不出來。
有一次，徐悲鴻站在19世紀中葉法國著名的浪漫主義大師德拉克洛瓦的巨幅油畫《希阿島的屠殺》前，深深地被感動，以至於熱淚盈眶，不能自已。這幅油畫不僅在技巧上突破了傳統的拘謹手法，畫麵氣勢磅縛，而且作者強烈地刻畫了土耳其、蘇丹對希臘人民殘酷統治的暴行，用繪畫語言深沉地抒寫了那些無辜受難的人民對侵略者的血淚控訴。德拉克洛瓦的這幅作品，充滿了濃厚的人道主義色彩，謳歌了正義，鞭撻了罪惡，引起悲鴻心中的共鳴。畫麵上的右側有一個受了重傷即將死去的婦女，她痛苦地微合著眼睛，膚色異常慘淡，她那不解人事的嬰兒葡匐在她的胸前，仿佛還在吮吸著那即將幹涸的乳汁……悲鴻看著看著，不禁掩麵痛哭，他的心已完全和畫麵情節融在了一起，為之所動。