从19世纪70年代起，因办“洋务”的需要，清政府开始成批派遣学生出国留学；到20世纪初，因推行“新政”而派遣得更多；同时，广大知识分子为了寻求救国救民的真理，纷纷争取到国外学习，从而形成留学热潮。

1870年(同治九年)，根据容闳的建议，两江总督曾国藩、直隶总督李鸿章联名上奏，请求选派学童去美国留学。经过短期筹备，从1872年到1875年(光绪元年)，每年派遣30名学童(年龄规定为12岁至16岁，个别年仅10岁)，4年共派出120名。计划学习15年，由小学、中学到大学，“学习军政、船政、步算、制造诸学”。到1881年，在守旧派官僚“适异忘本”“治其恶习”的攻击下，清政府决定裁撤留美，下令留美学生全部撤回。除病故和“告长假不归”者外，归国留美学生94人，只有詹天佑等2人完成学业，获得学士学位。派遣学生留美后不久，洋务派又向欧洲派遣留学生。1873年，福建船政大臣沈葆桢奏准选派船政学堂学生分赴英法学习造船、驾驶。在1877年、1881年、1886年、1897年，先后四次派出留英学生34名、留法学生49名(其中9名艺徒)、留德学生2名，共85名。这些留学生回国后，成为中国造船工业、海军建设等方面的重要骨干，著名人物有严复、刘步蟾、林泰曾、萨镇冰、魏瀚、刘冠雄等。此外，19世纪末期，清政府还派遣了少量的“使馆学生”。1890年，总理各国事务衙门奏准驻英法俄德美五国公使每届任期内可常留学生2名，共10名。1895年，又奏准派赴英法俄德留学生各4名，共16名，留学费用也由使馆拨给。甲午战败，举国震惊，人们开始瞩目日本。维新运动皆以日本为楷模。日本政府为缓和对立情绪邀请中国派遣学生留日。张之洞、杨深秀等都以路近、费省、传习易为由主张派遣留日学生。1896年，驻日公使裕庚因使馆工作需要，招募戢冀翠、唐宝锷等13人到日本留学，开留日之先声。到1900年，留日学生总数已达143人。经过义和团运动和八国联军入侵等事变，清朝统治几乎倾覆。为维护垂危的统治，清政府开始推行以练新军、改官制、兴学堂为中心的“新政”。向日本广派留学生被视为培养“新政”人材的捷径。从1901年起，清政府大力提倡青年学生出国留学，并许诺留学归来分别赏予功名、授以官职。1905年清廷又宣布废除科举制度，出国留学遂成为知识分子的一条出路。而日本政府亦企图通过留学生来培植它在中国的势力，并为其带来若干外汇，日本中下层人士希望和中国友好，加强文化交流，也主张吸引中国留学生赴日。在两国朝野的鼓动下，一时留日学生势如潮涌。据统计，1901年留日学生人数为274人，1902年夏为614人，1904年为1754人，1905年冬为2560人，1906年夏为12909人，年底达17860余人，为留日学生人数的最高峰。1877年中国第一批赴欧洲留学的海军生留日学生既有官费生，又有自费生，自费生占很大的比例，1903年即占半数，后来比例更大。由于流品庞杂，程度参差，到日本后有的上小学，有的直接上大学，绝大多数就读于中等专业学校及大学速成科，学习期限从三个月、六个月、一年、几年到七八年不等。在日本教育界特为中国留学生开办的文学院各分校、法政大学速成科、振武学校、成城学校、同文书院、经纬学堂、清华学校及预备学校等学校中，留日学生最为集中；据《清国留学生会馆第五次报告》，留日学生2406人中，上述八校即占1885人。和过去留学欧美专重理工相反，学文科的占绝大多数。1903年驻日公使杨枢奏称：“现查各学校共有中国学生1300余人，其中学文科者1100余人。”法政、军事尤为留日学习的热门。1904年仅法政大学速成科就有中国留学生295人。热情探求西方社会政治学说的留日学生，因个人身世、社会关系、思想认识等方面的差异，或赞成君主立宪，或服膺民主共和，形成形形色色的思想流派。他们组织了名目繁多的学术团体(如励志会、编译社)、地方团体(如各省同乡会)、爱国团体(如广东独立协会、拒俄义勇队)、政治团体(如青年会、军国民教育会)，出版了介绍西方学术文化、宣传君主立宪或反清革命的几十种不同宗旨的杂志，发起过拒法、拒俄、反对日本取缔中国留学生规则等多次爱国运动，使大批爱祖国、求进步的留日学生走上了反清革命的道路。1905年孙中山领导的中国同盟会在东京成立，参加者90%以上是留日学生。他们的革命号召获得国内的热烈响应，他们归国后极大地推动了民主革命运动的发展，在辛亥革命的整个历史过程中起了十分重要的作用，涌现出黄兴、宋教仁、邹容、陈天华、秋瑾，陶成章、林觉民、方声洞、胡汉民、居正、焦达峰、陈其美、朱执信、廖仲恺、鲁迅、陈独秀等一大批著名的革命家和政治家。广大留日学生的革命化使清政府惊惧万分，又鉴于留日学生数量多而学业程度低的情况，从1906年起，对赴日留学采取了许多限制办法，如停派速成班、官费生派遣权收归中央、申请留学必须具有中学毕业程度并通晓外文，还须由地方官“出具印结”并报中央备案、保证不参加革命党、服从学部指定所学科目和公使指定所入学校等等。同时，因反对日本取缔中国留学生规则和参加革命，留日学生纷纷回国,日本政府对接受中国留学生又渐冷淡，致使1907年以后，留日学生人数逐年下降，该年约为1万人，3年后竟降为2千余人。赴日留学转入低潮后留学欧美再度兴起。一方面清政府对留学日本多方限制而对留学欧美则给予种种方便，另一方面欧美各国、特别是美国多方招引。特别是美国国会于1908年通过退还中国部分庚子赔款决议案，将该款用于向美国派遣留学生，使留美热日炽。1905年，留美学生仅二三十名，到1910年增至六百余人。同一时期，留欧学生也有所增加。欧美留学生以学习理工为主，对庚款留美学生具体规定“以十分之八习农工商矿等科，以十分之二习法政、理财、师范诸学”。另外，新疆因与俄国接壤，除派遣满蒙学生留俄外，还派遣了少量学童，专学俄罗斯语言文字。