一些进步书籍和外面世界所发生的一些事情对刚刚步入青年的毛泽东产生了深刻的影响。他开始有了一些政治意识，特别是他读了一本关于瓜分中国的小册子以后。这本小册子开头一句是：“呜呼，中国其将亡矣!”书中谈到了日本占领朝鲜、中国台湾的经过，谈到了越南、缅甸等地宗主权的丧失。这使毛泽东对国家的前途感到沮丧，开始意识到，国家兴亡，匹夫有责。
就在这时，父亲为了使儿子走上一条兴业传家之路，决定要送毛泽东去湘潭县城一家米店当学徒。毛泽东对父亲的决定起初也没有反对，觉得当学徒也许是有意思的事。可是，当他听说湘乡有个非常新式的学堂后，就决心不顾父亲的反对，要到那里去就学。他同母亲商定，邀请了舅舅、表兄和同族长者及老师来家相劝，有人告诉父亲，去那里学习，可以增加赚钱的本领。父亲终于改变了主意。在这次离开家乡时，他抄写了一首诗赠给父亲：
孩儿立志出乡关，学不成名誓不还。
埋骨何须桑梓地，人生无处不青山。
这首诗是根据日本明治维新时期著名的政治活动家西乡隆盛的诗略加修改而成。毛泽东把原诗中的“男儿”改成了“孩儿”，将“死不还”改成了“誓不还”。诗中表达了毛泽东一心向学、志在四方的抱负和志向。
1910年秋，毛泽东走出韶山，来到湘乡县立东山高等小学堂读书。这所学堂，当时实行“新法教育”，除教经书外，还教授西方“新学”的自然科学和其他新学科。毛泽东投考东山高等小学堂时，在试题《言志》的作文中，抒发了自己求学救国的志愿，受到校长李元甫的赞赏，说：“我们学堂里取了一名建国才!”
毛泽东在这里学到了很多中外文学、历史、地理和自然科学知识，学习很有长进，写得一手好文章，受到校长和教员们特别是国文教员的喜欢。他写的《救国图存论》、《宋襄公论》等作文，全校有名。
在东山高等小学堂期间，毛泽东经常到学堂的藏书楼借阅中外历史、地理书籍，了解到中国古代尧、舜、秦始皇、汉武帝等的事迹，对他们表示仰慕。他从一本世界英杰传里，读到拿破仑、叶卡特琳娜女皇、彼得大帝、惠灵顿、格莱斯顿、卢梭、孟德斯鸠和林肯的事迹，对他们的历史功绩深表钦佩，盼望中国也有类似的人物出现，以拯救民族危亡。他曾对同学萧子暲(萧三)说：“中国也要有这样的人物。我们应该讲求富国强兵之道”，“我们每个国民都应该努力，顾炎武说的好：‘天下兴亡，匹夫有责’”。
在这里，毛泽东还读了从表兄文运昌那里借的关于康梁变法的书报，并且很喜欢这些书报。他反复阅读，有的可以背诵出来。他崇拜康有为、梁启超。他在读梁启超主编的《新民丛报》中连载的梁启超的《新民说》一文时，写了一些批语。对该文“论国家思想”一节说到两种君主制国家所写的批语：“正式而成立者，立宪之国也，宪法为人民所制定，君主为人民所拥戴；不以正式而成立者，专制之国家也，法令为君主所制定，君主非人民所心悦诚服者。前者，如现今之英、日诸国；后者，如中国数千年来盗窃得国之列朝也”。这时期，毛泽东并不反对君主制度，认为皇帝像大多数官吏一样都是诚实、善良和聪明的人，只是需要由康有为、梁启超那样的维新派帮助他变法改革。
1911年春，经东山高等小学堂的老师推荐，毛泽东第一次来到省城长沙，考入驻省湘乡中学。在湘乡驻省中学，他第一次看到了报纸——《民立报》，从此，读报成了毛泽东终生的爱好。《民立报》是著名的同盟会会员宋教仁、于右任主编的。从这份报纸上，毛泽东了解到他来长沙后不久，在广州由黄兴领导的反对清政府的武装起义的消息，读到了这次起义中英勇殉难的七十二烈士的事迹。从这份报纸上，他还知道了孙中山这个人和同盟会的纲领，开始拥护孙中山等革命党人。
1911年5月，清政府颁布“铁路国有”的政策，强夺商办的川汉、粤汉铁路，改为官办，并把筑路权出卖给帝国主义，换取帝国主义的借款。这引起全国人民的强烈反对。保路风潮首先从湖南掀起，四川、湖北、广东也都立即发动了保路运动。毛泽东和同学们一起投入这场斗争。他倡议并和另一位同学带头剪掉自己的辫子，还强制十几个人也剪掉辫子，用此来表示对清王朝的不满情绪。
1911年10月10日，武昌新军起义，辛亥革命爆发。距武昌不远的长沙城受到强烈的震动，形势变得异常紧张，湖南巡抚宣布长沙全城戒严。已经树立了强烈的民主主义思想的毛泽东决心投笔从戎，参加革命军。他决定和其他几位同学到汉口去，并积极地做着行前的准备。
10月22日，湖南新军在焦达峰、陈作新的率领下，在长沙起义成功，建立了湖南军政府。许多学生投入军中，很快，一支学生军就组织起来。毛泽东不必到汉口去了，但他不喜欢这支学生军，认为它的基础太复杂，于是就决定参加正规军，为完成革命而尽力。
毛泽东被编入湖南新军二十五混成协五十标第一营左队，当一名列兵。后来，他还劝说两位同学参了军。他同排长和大多数士兵交上了朋友，尤其喜欢湖南籍的一个矿工和一个铁匠。
由于毛泽东能写字、作文章，可以帮助别人写信，而且有些书本知识，因此，大家都敬佩他的“大学问”。在新军中，毛泽东认真地接受军事训练，并且仍然十分重视研究时事和一些社会问题。他每月7元的饷银，除用于伙食2元和买水花去一点外，剩下的都用在订购报纸上。从当时鼓吹革命并正在讨论社会主义的《湘江新闻》上，他第一次看到了“社会主义”这个新名词。他还读了江亢虎写的一些关于社会主义及其原理的小册子，对社会主义问题产生了兴趣，并热情地写信给他的同学，讨论这个问题，同时也同士兵展开讨论。
