一九〇二年三月二十四日，鲁迅乘远洋海轮从南京转道上海东渡日本。他的行囊里携带了三种书：《科学丛书》《日本新政考》《和文汉读法》。海轮在碧海银波上颠簸，鲁迅的心潮也随着海涛起伏不已。远在一千多年前，日本的遣唐船就曾顶着险风恶浪，到中国来寻求友谊、探索知识。而今，曾跟中国一样长期停滞不前的日本，由于“破除旧来之陋习”“求知识于世界”，国力变得强盛起来；而中国作为世界文明发达最早的国家之一，却抱残守缺，固步自封。一个伟大的充满自信力的民族，应该像大海一样有容纳新潮的恢宏气魄；而不能像一只贮存死胎的酒精瓶，让科学文化长期保持在胚胎状态。想到这些，鲁迅恨不得化东海之水以为血泪，去冲开锁国愚民的堤防，让蒙羞忍辱的祖国在世界潮流中扬帆竞驶。
到达日本后，鲁迅首先进入了位于东京牛込区的弘文学院。这所学院是为中国留学生准备投考正式的专门学校而设立的，鲁迅选修的是日本语和“速成普通科”。当时，鲁迅经常跟友人讨论以下三个彼此相关的重大问题：一、怎样才是最理想的人性？二、中国国民性中最缺乏的是什么？三、中国国民性的病根何在？为了逐步解决这些问题，鲁迅首先选择了“科学救国”的道路。他不仅翻译了《月界旅行》《地底旅行》等科学幻想小说，及时把“镭”的发现等最新科学成果介绍给国人，而且还花费很大的精力撰写了《中国地质略论》《中国矿产志》，通过普及科学知识的途径大力进行爱国宣传，配合中国人民捍卫领土资源的正义斗争。鲁迅这种“科学救国”的思想和实践，出发点是为了使国家独立富强和社会进步，跟以实现君主立宪的政治制度为宗旨的资产阶级改良主义有着本质的区别。正因为如此，鲁迅常在课余时间赴集会，听讲演，并参加了以推翻清王朝为宗旨的秘密革命团体的活动，誓做“革命党之骁将”。在弘文学院江南班，他还带头剪掉了象征种族压迫的辫子。在断发小照后面，他题写了一首七言绝句，抒发了愿将全部热血奉献给民族解放事业的宏大抱负：
灵台无计逃神矢，风雨如磐暗故园。
寄意寒星荃不察，我以我血荐轩辕。
这些都有力地表明，在反清革命派与改良派决裂的重要历史关头，鲁迅坚定不移地站在了革命派一边。一九〇三年初，鲁迅还跟陶成章、许寿裳、经亨颐等二十七位绍兴籍留日学生在东京清风亭举行“同乡恳亲会”，联名发表了一封六千余字的致绍兴同乡公函。信中列举大量事实，把当时中日两国在教育、政治、工艺三方面的情况进行了鲜明对比，而后尖锐指出：中国要想洗尽海疆要隘割弃殆尽、人民大众沦为牛马的奇耻大辱，就必须改变闭关自守、锁国愚民的政策，抛弃夜郎自大、固步自封的态度——“欲与各国争，必先师而后争之。欲与各国敌，必先学之而后能敌之”。这封“化东海之水以为血泪”写成的信件，真挚动人地表达了鲁迅等爱国青年满腔的忧愤和匡时济世的雄心。
一九〇四年四月，鲁迅从弘文学院毕业。当时，原矿路学堂选派的留日学生大多想挤进东京帝国大学工科所属的采矿冶金科，而鲁迅却偏偏申请进入位于日本东北部的仙台医学专门学校。他通过阅读史书，知道了日本维新是大半发端于西方医学的事实，于是决定不学开矿而改学医学，以便卒业归国救治像他父亲似的被庸医所误的病人的疾苦；战争时候便去当军医，同时又可以促进国人对于维新的信仰。同年五月二十三日，仙台医专决定免试接纳鲁迅为该校的第一名外国留学生。该校分医学和药学两科。医学科只招收一百多名新生，报名的却有三百多人，但鲁迅仍被编入了医学科一年级。七月十五日，当地出版的《河北新报》刊登了鲁迅将赴仙台的报道。九月十日，当地的《东北新闻》又登载了鲁迅在仙台寻找住宿处所的消息。这座用中国古诗“仙台初见五重楼”中的“仙台”二字命名的文化古城，就这样以诚挚友好的态度欢迎鲁迅的到来。
九月十二日，仙台医专举行了入学式。接着，紧张的学习生活就开始了。这所学校一个年度分为三个学期，第一学期共开设八门课程，每天上六节课，每节课一个小时，课间没有休息。鲁迅对这种“奔逸至迅，莫暇应接”的注入式教学法很不满意。他在八月二十九日致友人蒋抑卮的信中说：“校中功课，只求记忆，不需思索，修习未久，脑力顿锢。四年而后，恐如木偶人矣。”然而担任解剖学课程的藤野严九郎教授却给鲁迅留下了终身难忘的印象。
藤野严九郎是一位不修边幅的老师。他面容黑瘦，八字须，戴眼镜，讲课时操着读古文似的抑扬顿挫的音调——“解剖学者乃初学医者片刻不能离之物也”，惹得有些同学笑出声来。但是，这位老师毫无民族偏见，真心希望通过鲁迅把新的医学传播到中国。他发现鲁迅刚入学时好像日语不够熟练，影响了听课效果，便在课余耐心进行辅导。那时仙台医专没有正式的教科书，因此，记好笔记是学习中很重要的一环。藤野先生每周都详细批改鲁迅的笔记，连一条血管移动了一点位置也给改正过来。有一次测验骨骼系统时，他拿出一些人骨，问这是左手骨还是右手骨，其实那是脚胫骨。可见跟其他老师比较起来，他还很注意培养学生独立思考的能力。在藤野先生的帮助下，第一学年结束时，鲁迅在一百四十二名同学中考了第六十八名，而全班留级的却有三十人。有同学怀疑鲁迅取得中等成绩是由于藤野先生泄露了试题，便找借口检查鲁迅的讲义。学生会干事向藤野先生了解情况。藤野先生回答说：“是吗，谢谢，没有那样的事情。”
鲁迅在仙台求学期间，正值日俄战争爆发。这是两个封建军事帝国为争夺势力范围而进行的战争，中国领土成为它们角逐的主要战场。当时，放演幻灯是日本战时宣传的一种手段。常用幻灯进行细菌教学的仙台医专，也插空在课堂上放演一些日俄战争的幻灯片。有一次，鲁迅在幻灯片上看到了他久违的同胞，其中一人因替俄军做侦探而被日军砍头示众，而围着赏鉴这“示众”盛举的同胞却流露出麻木的神情。讲堂里的日本学生拍掌欢呼起来，那刺耳的“万岁”声像利刃似的铰割着鲁迅的心，使他感到强烈的震动和巨大的痛楚。已经具有了比较坚实的民族民主主义思想的鲁迅，由于“幻灯事件”的刺激，毅然决定中断学医，改用文艺为武器进行革命的启蒙宣传。他当时认为，治疗人民的精神麻木症是比治疗他们的疾病更为紧要的事情，因此他毫不犹豫地从振兴中华的需要出发，重新选择了自己的志愿和生活道路。他要拿起文艺的听诊器，去诊察时代的脉搏、社会的病变；他要操起文艺的解剖刀，去戳穿敌人的痈疽，治愈人民的病瘼。对此，藤野先生为鲁迅不能成为医生而感到惋惜，他把自己的照片送给鲁迅作为留念，并深情地在后面写道：“惜别。藤野谨呈周君。”
一九〇六年三月十五日，鲁迅正式从仙台医专退学。他告别了峰峦重叠的青叶山和流水清清的广濑川，从枫叶如丹的仙台回到樱花烂漫的东京，开始了他的文艺活动。
