1874年9月19日上午，一艘日本轮船拉响汽笛，缓缓离开了上海码头。船上，有一位名叫祁兆熙的官员，他领着身边一群十一二岁的孩子向送别人群挥手致意。第三批被派往美国的“留美幼童”出发了。
从1872年开始，在李鸿章等人的努力下，清廷共派出4批幼童赴美求学，每批30名，共计120人。说起这个留学计划，首先要归功于容闳，在他的努力下，清廷答应为每名学生支付每年400两的费用（加上其他人等的费用，每年合计6万两），款项由江海关下按期拨给。
由于当时风气未开，容闳的招生计划并不算完美。在所有120名幼童中，来自广东的占绝大多数（共82人，接近70%，而其中又有39名来自容闳的家乡香山县），其次为江浙（分别为22人和8人，占25%），只有零星数人来自安徽、福建与山东。
当时的社会上层或学者家庭对容闳的计划并不热心，正如第二批幼童中的李恩富所说：“多数父母并不想送他们的孩子去如此远而且是他们不知道的一块土地，何况时间又是那么长，他们以为，那儿的人都是些野蛮人。”
为此，每个幼童在出发前必须完成两件事，一是他们的父母或监护人必须与清廷签订一份文件，保证幼童在留学过程中，“不管是任何原因的死亡、生病或残疾，政府都不负任何责任和义务”；二是必须先参加设在上海的预备学校，只有那些通过考试的人才能被派往美国。
一切就绪后，幼童们由专门的看护官员带领，从上海出发，之后到日本横滨换乘大海轮横渡太平洋前往旧金山。据祁兆熙记载，他们当时换乘的海轮名为“日本”号，一些幼童在出洋不久就开始晕船，“呕吐大作，俱睡而不能起”，晚上则舱间“多啼哭声，不得安睡”。
晕船还不是最可怕的，数日后，“遇横风，如山巨浪，排闼飞来，声沸万鼎”，祁兆熙自觉“昏昏然坐立不安，寝食不稳，船上行走两脚如醉人，东摇西掷”，所幸的是，此时幼童们多已适应，因免其课读而嬉戏自得。
第二批幼童中的温秉忠在前一年出发，他清楚地记得，当时轮船还是“明轮船”（早期轮船的驱动轮设在船舷两侧并露出水面，“轮船”名即由此而起），巨浪来袭时，蹼轮往往悬空而吱吱声大作。大多数时候，太平洋上风和日丽，观赏飞鱼也就成为了幼童们的一件乐事，有时候就连鲸鱼也会露出水面，并喷出一道水柱。
近一个月的海上航行结束后，轮船抵达美国旧金山。从古老的帝国来到年轻的共和国，新大陆给幼童们留下了深刻的印象。多年后，温秉忠仍记得旧金山大桥下轮船来往穿梭，树荫草地间大厦高耸，而他们入住的皇宫大饭店有9层高，是当时旧金山最高的建筑。同批来美的李恩富回忆说，“我从没有见过有那么高的摩天大楼”“这里有煤气，有自来水，有电铃，还有一种‘升降梯’，所有这一切极大地满足了我们到一个新地方的好奇”。
稍作休整后，幼童们开始了横跨美洲大陆的火车旅行。第一次见到火车，孩子们都为之瞠目结舌，惊叹不已，“我实在不明白，什么样的车可以在那上面行走，而且据说是被‘火’推进着”。数年后，一位男孩进入了耶鲁大学工程学院，后来他主持修建了闻名遐迩的京张铁路，他就是詹天佑。
祁兆熙也是第一次坐火车，据其记述，“车轮一发，山川、田地、树木，恍如电光过目。忽进山洞，比夜更黑，不见天日”；在幼童们的喧闹声中，他“急令诸生，勿探头出，恐有撞击”。那时的火车没有餐车，吃饭都在停车时解决。作为幼童的保护者，祁兆熙既要“保护诸生下车，点诸生上车”，又要“保护公司银箱”，因而他从未下车而始终就着冷水吃着幼童带回的面包。
在横穿美国大陆的旅程中，幼童们看到了插着鹰羽毛、脸上涂有油彩而像是京剧演员般的印第安人，成群的野牛在一望无垠的草原上奔跑。其中，第二批幼童遇到了最为惊险的一幕，他们在旅途中碰到了美国历史上著名的火车劫匪杰西·詹姆斯兄弟，在这次事件中，劫匪不但抢走了车上运载的金条，而且杀死了火车司机并捣毁了火车引擎。
幼童们的终点站，是康涅狄格河畔的Spring Field（有人给它起了一个充满诗意的名字叫“春田”）。按计划，幼童们将被分别安排在春田城和哈特福德的美国接待家庭中，而容闳的私人关系在此起到了重要作用。在第一批幼童抵达前，总共有122户美国家庭提出了申请，其中多为当地的教师、医生或教会成员等。值得一提的是，大作家马克·吐温一家当时就定居于此，他的两个女儿后来也成为留美幼童的同学，而马克·吐温本人也成了容闳的好朋友。
为让幼童们得到更好的关照，康涅狄格州教育局长诺索布还特别写信给接待家庭，要求家长们对中国孩子们既要慈爱有加，也要严格要求，特别要保证幼童们的健康，让他们经常洗澡，遇到天气有变，必须躲避风寒，尤其在出汗后要特别谨慎，以免发生意外。
将幼童安置到美国家庭中，一方面是为得到更好的照顾，另一方面也是为帮助幼童们尽快掌握当地语言。据李恩富回忆，他们刚到美国时，主人往往要求他们通过记忆实物名称的方法来学习英文，比如，在饭桌上让他们学习各种食物的名字，如果记不住某道菜的名字，就不能吃那道菜。在这种环境下，幼童们很快就掌握了与当地人交流的语言能力。
按计划，幼童们在当地攻读小学、初中和高中的课程，之后进入各大学学习机械、兵器、造船、铁路和电报等。与想象中所不同的是，异国就读的幼童们并没有表现出任何的不适应，事实恰恰相反，他们的很多作为都让本地同学钦羡不已。曾在西部中学和哈特福德高级中学与幼童们同学的耶鲁大学教授威廉·L.菲利普回忆说，那些中国同学似乎都来自贵族家庭，花钱很阔绰，他们头脑灵活，善于学习，爱好体育运动，无论篮球、足球还是冰上曲棍球，他们样样精通，而且球艺高超。更让菲利普教授感到嫉妒的是，就连在舞会上，中国同学们也更受欢迎，让本地男同学一点机会都没有。
有一个流传颇广的笑话是关于留美幼童钟文耀的。钟文耀是耶鲁大学划船队的舵手（因其体重轻而在比赛中占得便宜），在他参加的与哈佛大学的两次比赛中，耶鲁大学均取得了胜利。多年以后，一位哈佛毕业生在闲聊中谈起哈佛、耶鲁的划船比赛，那位先生不无得意地问钟文耀：“你见过哈佛划船队吗？”钟文耀笑了：“不，我没有见过，因为他们总在我们的后面！”
幼童们喜欢体育运动，原因是他们的零花钱比美国同学多，据说每月可以拿到一美元，而对一个孩子来说，当时的一美元可不算少。从他们留下的照片看，有的幼童买了猎枪（曹嘉祥），有的甚至买了当时最时髦的自行车（前轮小、后轮大的那种老爷式车型）。当然，幼童们绝不是所谓的“中国贵族”，他们丰裕的零花钱也是来自于清廷提供的津贴——中国是好面子的国度，清廷可不想让孩子们丢了国家的脸面。
来美之初，幼童们都留着辫子、穿着马褂，这种古怪的装束让很多美国人误以为他们是女孩。为了更好地融入美国生活，他们被批准剪辫子并改穿西式服装。由于年龄小，幼童们很快“被美国化”，日常生活也与美国儿童无异，但有一件事需要格外注意，那就是来美国前被一再告诫的——不得信教。
1874年，在清廷的批准下，容闳在哈特福德建造了一幢洋房，作为中国留学事务所的永久办公之地。按规定，分散在各处的幼童要求定期返回哈特福德（每3个月一次，分批安排），并住进留学事务局学习中国功课，负责教导他们的是留学事务正监督、翰林陈兰彬及其继任吴子登。从他们所作的诗文来看，这些幼童的汉文水平并不算弱。
1876年，美国费城举行世博会，一位名叫李圭的中国代表在博览会上偶遇了这些中国幼童，他在《环游地球新录》中有这样一段记载：“见诸童多在会院游览，于千万人中言动自如，无畏怯态。装束若西人，而外罩短褂，仍近华式。见圭等甚亲近。举止有外洋风派。幼小者与女师偕行，师指物与观，颇能对答，亲爱之情，几同母子。”
李圭所见不虚，幼童们确实与他们的接待家庭结下了深厚的友谊。多年以后，已长大成人的幼童们再次将他们的子女送到美国读书，一些人仍旧是通过他们过去的主人关照自己的孩子，其中就包括后来任民国总理的唐绍仪。值得一提的是，宋氏姐妹（宋庆龄和宋美龄）也是其姨父温秉忠送去的。
“留美幼童”计划反映了清廷要求富国强兵的迫切愿望。按之前的规划，幼童们应在美国学习15年，在完成大学学业后，他们中的合格者将被送入西点军校和海军学院深造，但很不幸，这一计划因种种原因未能继续执行。1881年，在大多数人都未能完成大学学业的情况下，留美幼童被全部撤回，当时只有2人从耶鲁大学毕业（詹天佑和欧阳庚），而另外38人已进入耶鲁大学、麻省理工学院、瑞萨尔理工学院等院校学习。
清廷中断留学计划有这样几个原因：一是留学正监督陈兰彬及其继任吴子登的过于保守，他们与副监督容闳的矛盾及对幼童们各种“叛逆”的作为不满，其态度主导了清廷的撤回决定；二是美国政府拒绝了幼童们在大学毕业后进入军事学院和海军学院的要求，这让李鸿章十分不满，从而未大力挽救这一留学计划；三是美国西海岸掀起了甚嚣尘上的“排华”浪潮，这也在一定程度上影响了清廷的决策。
1881年6月，已长大的留美幼童们被分作三批撤回，他们中的第一批留学10年，第二批9年，第三批8年，第四批7年。除病故或之前即因故撤回及抗拒不回的26名之外，其余94名全部撤回。抗拒“召回”的是谭耀勋和容揆，前者在撤回途中逃跑，后者在叔叔容闳的帮助下藏了起来，这两人后来都毕业于耶鲁大学。另外，还有李恩富、陆永泉、曾溥、李桂攀、张康仁等人在被“召回”后通过各种途径重返美国，并完成了之前的大学学业。
回到国内的幼童们前景非常不妙。在他们看来，简直就是从天堂掉进了地狱。回到上海后，原耶鲁大学学生黄开甲写信给他的美国“家长”巴特拉夫人，其中不无愤怒地倾诉道：“我们曾经幻想，热烈的欢迎、熟悉的人潮和祖国温暖的手臂在等着我们。可是，这完全就是幻想！……只有一个人上船来接我们……可他却雇用独轮车来接我们……通过法租界时，因没有通行证，我们必须下车自扛行李，这在中国士大夫眼中是一件丢人现眼的事……为防我们脱逃，一队中国水兵押送我们去上海道台衙门后面的‘求知书院’。”
“学院已关闭10年了……10年来，大门从未开启，墙壁剥落，地板肮脏，石阶满布青苔，门窗均已潮湿腐烂。一跨进门槛，立刻霉气熏鼻，这些阴暗似乎象征我们的命运。入夜，我们可以清楚地看见那潮气由地上砖缝冉冉升起，使我们衣衫尽湿。一种昏沉笼罩着我们，这种侮辱刺痛着每个人的心。”
6天后，黄开甲回到故乡汕头，因邮政不佳，一周前他寄的信与他本人同船抵达。由于离开家乡太久，他想找到自己的家并不容易——而且他已忘记了自己的方言。几经周折后，他被人领到了一座深宅大院前，但看门人认为他是来求情的可怜人，要他等到10点才能去通报。父母家人近在咫尺，黄开甲却不能进去相见，他想方设法，甚至用上了指手画脚的哑语，但看门人仍旧无动于衷。
无奈之下，黄开甲想起了“世界上无论野蛮人、文明人，无论男女老幼，都叫双亲‘爸’‘妈’”，于是他开始大叫起来：
“爸！——”
“妈！——”
在这一声声的呼唤中，似乎所有归国幼童们的委屈都得到了尽情地宣泄！
幼童们回到上海后，被清廷以“听候任用”的名义羁留在求知书院，为防止他们逃走，上海道台还派有兵丁把守大门，即便是中秋佳节，也不准幼童与亲人团聚。一位名叫罗博特的美国朋友在家信中说，他曾在街上遇到黄开甲（当时负有公差），据其所说，官方对待他们形同罪犯，幼童们对此愤慨不已。
不久，幼童们被重新安置，有21人进入天津电报总局，23人被福州船政局、上海机器局留用，其余50名“分派到天津水师、机器、鱼雷、水雷、电报、医馆等处学习当差”。回国之初，幼童们受到明显的排斥与冷遇，所获得的待遇也非常低（一个月只发给数两银子），以致个别人从天津私自逃回上海谋事，结果又被上海道台通缉抓捕。
被分派到福州船政局（福建水师）服役的薛有福，曾在回国途中写信给女友凯蒂：“晚上夜黑似漆，船身摇动，使游子倍感惆怅。我走上船舷，观赏浪中的磷光大小如棒球，闪亮无比。我真愿有你同在，不知你可喜欢？”可惜的是，这段异国情缘并没有结果。3年后，薛有福在中法战争中阵亡。这一年，本应是他在麻省理工学院毕业之年。
1884年的中法海战中，有6名留美幼童参战，其中4人牺牲。在福州马尾的昭忠祠石碑上，仍刻有“振威二副邝咏钟、扬武练生杨兆楠、扬武练生薛有福、扬武练生黄季良”4个人的名字，“振威”与“扬武”，都是他们所属战舰的名称。
1894年的中日甲午海战中，同样有留美幼童的身影，而第四批幼童之一的沈寿昌，则是为国牺牲的海军第一人。丰岛海战中，“济远”舰在完成护送运兵船任务回航之际，遭到了4艘日本战舰的突然袭击。激战中，正在指挥发炮的帮带大副沈寿昌被日舰炮火击中，年仅29岁。在之后的大东沟海战中，同为第四批幼童之一的“致远”舰帮带大副陈金揆殉国；在威海保卫战中，“广丙”舰帮带大副黄祖莲殉国。其他参战的幼童还有“镇远”舰枪炮大副曹嘉祥、“定远”舰参谋吴应科、“定远”舰鱼雷大副徐振鹏、“广甲”舰舰长吴敬荣、“广甲”舰帮带大副宋文翙、“福龙”号鱼雷艇管带蔡廷干。
一直等到清末新政时期，留美幼童才得以真正出头，而这与袁世凯有着莫大的关系。袁世凯就任直隶总督兼北洋大臣后，一大批留美幼童投奔到他的门下并得到了重用，其中有后任民国第一任总理的唐绍仪、京张铁路的设计者詹天佑、北洋大学校长蔡绍基、天津巡警道曹嘉祥、天津招商局总办周寿臣等，最富传奇色彩的是，连续四任天津海关道全部为留美幼童，他们分别是唐绍仪、梁敦彦、梁如浩和蔡绍基。
曾在威海保卫战中率鱼雷艇队出逃的蔡廷干，一度被日军俘虏，后被袁世凯接纳，成为其外务方面的幕僚。在辛亥革命南北议和期间，蔡廷干发挥了重要作用，并亲自为袁世凯剪去了脑后长辫。当然，留美幼童中比蔡廷干更加优秀的外交人才还有数位，譬如梁敦彦曾担任外务部尚书、唐国安曾担任“万国禁烟会”的中国代表、梁诚曾担任驻美公使并促成了“庚子赔款留学计划”，而留学计划的预备学校——清华学堂的负责人正是唐国安。另外，温秉忠曾于1905年随同五大臣出洋考察宪政，而当时的随员中，还有同为留美幼童的电信专家唐元湛，他在出访途中考察了瑞典“爱立信”公司。
据统计，在120名幼童中，3人死于美国，4人从事政治，16人成为外交官，20人服务海军，3人在税务和海关机构，3人是教师，14人成为铁路官员和工程师，9人成为采矿工程师，16人从事电信工作，8人经商，3人成为医生，1人成为律师，3人成为记者（统计未尽准确，因其职业生涯或有交叉重叠）。
谭耀勋与容揆这两位抗旨留在美国完成学业的幼童，前者获得了中国驻纽约总领事馆的职位，不过他很快就因肺病而客死他乡；后者供职于中国驻美国公使馆，两人都毕业于耶鲁大学。另外值得一提的是，后来返回美国并同样毕业于耶鲁大学的李恩富，成为幼童中少有的报人与作者，而他的那本小书《我在中国的童年故事》，极其生动地记述了留美幼童的那段历史。
钟文耀，那位前耶鲁大学划船队的舵手，其回国后的经历也很丰富。他既当过外交官，也做过沪宁铁路和沪杭铁路的总办，也是上海滩最早的汽车拥有者。在所有幼童中，湘潭煤矿的发现者邝荣光是最后一位离世的，他于1965年在天津辞世，享年103岁。