19赴法国留学，考入巴黎国立美术学校学习油画、素描，并游历西欧诸国，观摩研究西方美术。在北洋政府的资助下，24岁的徐悲鸿到法国学习绘画。抵欧之初，他参观了英国的大英博物馆、国家画廊、皇家学院的展览会以及法国的卢佛宫美术馆，目睹了大量文艺复兴时期以来的优秀作品。徐悲鸿感到自己过去所作的中国画是“ 体物不精而手放佚，动不中绳，如无缰之马难以控制。”于是，他刻苦钻研画学，并考入巴黎美术学校，受教于弗拉芒格先生，开始接受正规的西方绘画教育。弗拉芒格擅长于历史题材的人物画，其画作不尚细节的刻画而注重色彩的和谐搭配与互衬，对徐悲鸿日后油画风格的形成有着巨大的影响。
徐悲鸿每日乐此不疲地进行西洋画的基本功训练，上午在巴黎美术学校学习，下午去叙里昂研究所画模特儿，有时还抽空去观摩各种展览会。此期间他有幸结识了著名画家柯罗的弟子艺术大师达仰，每星期日携画到达仰画室求教。达仰“勿慕时尚，毋甘小就”及注重默画的艺术思想对他影响较大，使得他没有追随当时法国日渐兴盛的现代派画风，而是踏踏实实地钻研欧洲文艺复兴以来的学院派艺术，在继承古典艺术严谨完美的造型特点的同时，掌握了娴熟的绘画技巧。留学4年之后，徐悲鸿的绘画水平已达到可与欧洲同时期的艺术家相媲美的地步，其油画作品《老妇》入选法国国家美术展览会（沙龙）。
— 田横五百士
由于北洋政府一度中断学费，徐悲鸿被迫转至消费水平较低的德国柏林。在那里，徐悲鸿仍然不放过每一个学习的机会。他求教于画家康普，到博物馆临摹著名画家伦勃朗的画作，并且常去动物园画狮子、老虎、马等各种动物，以提高自己的写生能力。当徐悲鸿重新获得留学经费后，便立即从德国返回法国继续学习。他抓紧每一寸时光，在名师们正规而系统的训练和他本人孜孜不倦的努力钻研下，绘画水平日渐提高，创作出一系列以肖像、人体、风景为主题的优秀的素描、油画作品，如《抚猫人像》、《持棍老人》、《自画像》等。
徐悲鸿在旅欧的最后阶段还先后走访了比利时首都布鲁塞尔，意大利的米兰、佛罗伦萨、罗马及瑞士等地。美丽的异国风光令他陶醉，欧洲绘画大师们的佳作令他受益匪浅。长达8年的旅欧生涯，塑就了他此后一生的审美意趣、创作理念和艺术风格。
