徐悲鸿决心到法国学习油画，为提高祖国的绘画艺术而献身。
轮船在海上航行了50天，经太平洋、印度洋，又越过红海及苏伊士运河，于1919年5初到达伦敦。
徐悲鸿下船后，立即去参观大英博物院。当看到古希腊神庙的浮雕时，发现那些浮雕上的战马奔腾起来是那样生动有力，那样震撼人心；而那些姑娘的动作又是那样轻盈，衣纹的皱褶既流畅，又变化多端，使人感到那不是石雕，而是丝绸。热爱绘画艺术的徐悲鸿面对此景，简直如醉如痴了。
接着，徐悲鸿又参观了英国国家画廊，欣赏了英国艺术大师的杰作，还参观了皇家画会展览会，见到了英国当代一些画家的杰作，深受启发。
徐悲鸿在伦敦参观一星期，收获甚丰。
到达巴黎时，正是5月仲夏。巴黎和风拂面，花香袭人。看到那巍峨的凯旋门，徐悲鸿心中充满了夙愿得偿的欢乐。
在巴黎一住下来，徐悲鸿立刻怀着极大的兴致去参观罗浮宫。
徐悲鸿站在仰慕已久的《蒙娜丽莎》名画前，浮想联翩。这是达·芬奇为德尔·乔空达夫人蒙娜丽莎所作的肖像。许多世纪以来，文艺评论家都在解释她那隐藏在神秘微笑后面的东西。
还有一间陈列室，全部陈列着大卫的作品。徐悲鸿在那里徘徊观览，深为大卫那种纯正严密的画风所吸引，从画中学到了许多东西。
接着，徐悲鸿又参观了沙龙，见到莫奈、罗朗史、达仰、弗拉孟、倍难尔、莱尔弥特、高尔蒙等前辈画家的作品。
接触了许多大师的作品，徐悲鸿惊叹不已。
这些名画像镜子一样照亮了徐悲鸿的心，使他认识到自己在国内只是以画谋生，并非善画，而且因为常作写意的国画，所以观察和描写物象都不精确，往往不中绳墨，好比脱缰的马难以控制。于是，徐悲鸿果断地决定暂时不作国画，先专心研究和观摩那些大师的作品。
几个月后，徐悲鸿考入国立巴黎高等美术学校。入校之初，先在素描班画石膏像，平时都是自己临摹，每星期三和星期六才有教授到班上来看学生的进度，加以指导解说，批评修改。画素描没有时间限制，如果教授认为程度够了，就可以升到模特班去画人体，模特有男有女，每周更换。经过这个阶段，才可以拜名师学油画。由于徐悲鸿有根底，又废寝忘食地辛勤努力，很快便完成了素描和画模特两个阶段。从此，他以校长弗拉孟为师，开始接受正规的西方绘画教育。由于他才气过人，又肯用功，因此每次考试都名列前茅。
1920年初冬，法国著名雕刻家唐泼特夫妇举行茶会，徐悲鸿应邀参加。与会的都是法国当代的文化名人，唐泼特夫人特地为徐悲鸿介绍达仰·布佛莱先生：“这是我国当代最伟大的画家。”
徐悲鸿对达仰先生的作品倾心已久。达仰先生的名作《林中》、《降福的面包》、《征兵者》、《玛甘泪》、《穷祸》、《摄影人家之婚礼》、《种牛痘》等都以极其严谨、娴熟、精练的艺术语言抒写了人物的精神面貌，极为感人。现在，面前的达仰先生十分平和慈祥，丝毫没有骄矜的神色，这更使徐悲鸿从心底涌起一股敬意。
徐悲鸿直率地对达仰说：“先生，我很想得到您的教诲。”
达仰用那双炯炯发光的眼睛注视着徐悲鸿，感觉到他一定是一位诚恳而努力的学生，于是立即将自己画室的地址给了徐悲鸿，嘱咐徐悲鸿每星期天早晨到他的画室去。
随之而来的第一个星期天早晨，徐悲鸿在晨雾缭绕中来到达仰的画室。他“学然后知不足”，像饥饿的人寻求面包和水一般地寻求有关绘画艺术的知识和技巧。
达仰先生是一个老当益壮、勤奋不已的人，在成名的晚年，即使是星期天，也依旧清晨就到画室去作画。他见到徐悲鸿，非常高兴，引导徐悲鸿观看了他那些挂在墙上的作品和一些素描、速写。徐悲鸿见达仰先生功力深厚，画笔精妙，人物肖像画栩栩如生，如《福尔德姑娘像》，真有呼之欲出之感。这位当时已68岁高龄的达仰先生，兴致勃勃地向徐悲鸿谈起他年轻时的往事。他说：“我17岁作大风景画家的学生。柯罗教我要诚实，要自信，不要舍弃真理以徇人。我始终信守柯罗的教导，五十余年来，未敢忘却。你既来我国求学，我首先应当把柯罗的嘉言送给你。”
徐悲鸿感动地说：“先生，我一定铭记在心。我们中国有句古语：‘精诚所至，金石为开。’您说的‘诚’，就是这个意思吧？”
达仰先生笑道：“对！对！说得好，就是要专心致志，全力以赴，同时，还要有达到目的的信心，要自信，决不能自馁。至于不要舍弃真理以徇人，那是无须解释的，对吧？”
徐悲鸿说：“对！艺术首先应当是维护真理的，它本身也必须体现真理！”
达仰先生不停地点头，欢快地笑着，他那瘦削的身子有节奏地摇摆起来。他显然乐于听徐悲鸿所说的这些话。
随后，他仔细地一张一张地看徐悲鸿带去的习作，十分欣赏徐悲鸿的努力。他勉励说：“学画是件非常艰苦的事，希望你不要浮夸，不要自满，不要沾沾自喜于微小的成就。”
接着，他嘱咐徐悲鸿说：“每画完一幅精心的素描后，就要记住其特征，默画一幅，然后再对着原作改正差误。这样，画一幅便等于画三幅，可收事半功倍之效。”
徐悲鸿遵从达仰的教导，果然进步很快。
1921年春，巴黎举办规模宏大的全国美术展览，展出法国当代许多名画家的作品。开幕那天，徐悲鸿从早到晚一直在会场仔细观摹，竟未进食，学到了好多真功夫。
偏巧这时国内由于政局动荡，中断了留学生的学费。在贫困交迫下，徐悲鸿只好去柏林学习。因为战后的德国通货膨胀，马克贬值，同样数目的法郎在德国可增值数倍。
在德国，徐悲鸿看到了门采尔、绥干第尼等大画家的绘画和脱鲁倍斯柯依的雕塑。这使他大开眼界，感到在法国见到的作品虽多，仍有局限之处。
柏林美术学院院长康普的油画精练、凝重、宏丽，代表作有《铸工》、《同仇》，还有气势磅礴的柏林大学壁画。他的素描简约而精确，俊秀而坚实，极具功力，为徐悲鸿树立了榜样。
徐悲鸿在柏林停留将近两年，不论寒暑，每天作画都达十小时以上。当时，他最喜爱伦勃朗的画，便去博物馆临摹。每天自晨至暮，既不吃饭，也不喝水，分秒必争地学习。
德国的美术印刷品精美无比，生活拮据的徐悲鸿宁愿借债也一定要购买。他那间狭窄的卧室里都被书籍和画塞满了。他坐卧在上面，感到一种平生从未有过的巨大欢乐和满足。
1923年，回到法国的徐悲鸿以油画《老妇》入选法国国家美术展。
徐悲鸿赴法留学，可谓不虚此行，他把欧洲的油画学到手了。这时，徐悲鸿的油画可与欧洲著名艺术家的相媲美了。
1925年秋天，稻谷收割了，徐悲鸿的绘画也到了成熟期。他画了许多卓有功力的人体习作，其中有素描，也有油画，为他以后的创作打下了坚实的基础。
在法期间，徐悲鸿创作了油画《箫声》、《蜜月》、《远闻》、《怅望》、《抚猫人像》、《奴隶与狮子》等，备受赞扬，仅1927年就有9幅作品入选法国国家美展，获得一致好评。
《箫声》创作于1926年，画中一位中国青年女子侧身而坐，静静地吹箫。一双明眸凝望远方，眼神中有一缕淡淡的哀愁。背景为清幽的田园景象，老树身影与翱翔的白鹤隐约可见。箫为中国传统管乐器，竹制单管直吹，发音清幽，适于抒情。法国诗人保尔·瓦莱里在《箫声》的素描稿上题写了几行诗，意思是说他看到的这位东方画家是一位能够把握瞬间的魔术师，因为在这张画中，人们仿佛看到许多美好的景致和情感从竹箫中间流淌出来。
徐悲鸿对这幅画也十分满意，他曾经自信地对学生说：“很多人画油画，技术不过关，作品跟世界级大师的油画摆在一起，经不起比较。而《箫声》这张画跟伦勃朗的画在一起，还站得住。”
《奴隶与狮子》是中国古典主义艺术的开山之作，歌颂了人道主义精神。
徐悲鸿的油画色彩丰富明亮，富有韵律，造型十分严谨。他接受了西方印象派的色彩，和古典主义的严格素描相结合，严谨而不拘谨，重概括，善取舍。
从他的油画上可以看到他对色彩的分析和对形的分析是统一的，每一笔既有形，又有色彩，他的分析深入细致，不是浮在表面。他在一个整体的形中，分析出很多很多形，然后再统一起来，又是一个整体。
他在调色板上调颜色时，都是将色彩调准后再放到画面上去，绝不在画面上将颜色来回涂抹。这调好了的颜色是如此准确，一笔一笔摆到画面上就如同镶嵌一般，严丝合缝地衔接起来，又如同印象派的点彩，但是他的点彩是有形的，而且速度很快。他作画时，一笔一笔就像飞到了画面上去，笔笔准确无误，无细微之差。