毛泽东被迫停止在定王台的自修生活后，开始认真思索自己的前程。他认为自己最适合于教书。在费用已无保障的情况下，湖南省立第四师范学校登出的一则有不收学费、膳食费低廉内容的广告，自然引起他的兴趣。两个朋友也鼓励他报考这所学校，于是，他投考并被录取。同时，他还很讲“义气”地帮助那两个鼓励他报考的朋友准备了入学考试的作文，使得他俩也进入第四师范。毛泽东进入第四师范后，抵住了后来一切广告的引诱，在第四师范预科一班学习了一年。1914年2月，第四师范学校合并于第一师范学校，他又随之转入第一师范，共学习了4年半，至1918年6月毕业。
第四师范合并于第一师范后，毛泽东被编入预科第三班。由于同四师的春季招生不同，一师是秋季招生，因此，他同四师转来的同学一样，重读了半年的预科。1914年秋，他被编入本科第八班。湖南省立第一师范学校，坐落在长沙南区书院坪。这里以前叫城南书院，是南宋理学家张木式讲学的地方，与朱熹讲学的岳麓书院隔湘江相望。辛亥革命后，在这城南书院早已荡然无存的书院坪，创办了第一师范学校。一师是一所比较民主开明的学校。在这里，毛泽东受到杨昌济、徐特立、袁仲谦、黎锦熙、方维夏、王季范等教员的影响，尤其是杨昌济对他的影响最深。1936年，毛泽东回答斯诺谁是他最尊敬的老师时说：“给我印象最深的教员是杨昌济，他是从英国回来的留学生，后来我同他的生活有密切关系。他教授伦理学，是一个唯心主义者，一个道德高尚的人。”他对自己的伦理学有强烈信仰，努力鼓励学生立志做有益于社会的正大光明的人。1918年8月，毛泽东来到北京，同萧子升等驻京主持湖南青年留法勤工俭学工作。在北京，毛泽东经杨昌济介绍，认识北京大学图书馆主任李大钊，并被安排在图书馆当助理员。在杨昌济的赞许下，毛泽东和杨昌济的爱女杨开慧建立起真诚的友谊和恋爱关系。
在四师、一师学习的5年半时间，是毛泽东一生中非常重要的阶段。因此，他的学习目的十分明确，就是要学习掌握救国救民的本领。他认为：“今之天下纷纷，就一面而言，本为变革应有事情，就他而言，今之纷纷，毋亦诸人本身本领之不足，无术以救天下之难，徒以肤末之见治其偏而不足者，猥曰吾有以治天下之全邪!此无他，无内省之明，无外观之识而已矣。己之本领何在，此应自知也。以己之材，欲为栋梁之任，其胸中茫然无有，徒欲学古代奸雄意气之为，以手腕智计为牢笼一世之具，如此秋潦无源，浮萍无根，如何能久?”要求得真本领，必须刻苦学习，“惟学如基础，今人无学，故基不厚，时惧倾圮。”
为了认识真理和追求真理，毛泽东决心学习“颜子之箪瓢与范公之画粥”的精神，“将全副功夫，向大本大源探讨”。他提出“文明其精神”，要刻苦学习，不断地充实自己。他与同学约定三不谈，即不谈金钱，不谈男女之事，不谈家务琐事，只在一起谈论大事，即“人的天性，人类社会，中国，世界，宇宙”。
毛泽东学习十分认真、刻苦。他听课时做有大量的课堂笔记，课后自修时写有读书录，还全文抄录过一些他喜爱的书籍。这些课堂笔记、读书笔记等累积下来有几网篮之多。后来毛泽东把它们送回了韶山。1929年，国民党军队到韶山要抄毛泽东的家，附近的族人听到风声后，将这些本子和书籍搬到后山焚毁。一位曾教过毛泽东的私塾老先生，从火堆中抢出一个笔记本和两册教科书，保存了下来。《讲堂录》就是抢出来的那本笔记，是现存下来的毛泽东的唯一的课堂笔记。1917年下半年到1918年上半年，一师本科毕业班开设了修身课，所用教材是德国哲学家、伦理学家泡尔生著的《伦理学原理》。毛泽东读了这本约10万字的著作后，写了1.5万余字的批语，留下了用红、墨笔打记的圈点、单杠、三角、叉等符号。批语的内容绝大部分是对书中一些哲学、伦理学观点提出自己的看法，强调个人价值，主张唯我论，提倡个性解放，反对封建传统观念和专制主义的束缚和压抑。
毛泽东喜欢社会科学，对自然科学不十分感兴趣，反对将自然科学列为学校的必修课。因此，他将功夫多数都花在社会科学上，专心于哲学、史地、文学等。他博览群书，凡是能搜集到的古今中外的各种名著，如诸子百家、诗词歌赋、稗官小说、近人文集以及翻译成中文的外国名著等，无不浏览。他经济拮据，没有钱买书，只是有时买些折价书，大量的还是向老师同学借阅，并对一些他喜爱的内容，认真地抄录下来。《讲堂录》中就有他手抄的《离骚》、《九歌》。他一师的同班同学罗学瓒在1917年9月26日的日记中记载：“余借毛君泽东手录《西洋伦理学》七本，自旧历六月底阅起于今日阅毕。”手录西洋伦理学七本，足见毛泽东学习之认真、刻苦。
毛泽东很注重自学。课堂上的有限时间满足不了他的求知欲望。他精心安排自学计划，读书不倦。晚上熄灯后，他就捧着书本坐在走廊的路灯下，或者茶炉房里，借着微弱的灯光苦读，经常读到深夜，有时通宵不眠。为了锻炼自己在任何环境中都能专心致志地学习和思考的本领，有时他只身到学校后面的妙峰山顶学习，为“静中求学”；有时则来到车水马龙的长沙城南门口读书，要在“闹中求静”，磨炼意志。
坚持不懈，持之以恒，是毛泽东读书学习的突出特点。他每天“从早到晚，读书不止”。早晨很早就起床，做冷水浴或其他运动，然后进教室自习。上课时，静心听讲，认真笔记，课余时间或是进图书馆、阅览室阅读，或是找同学、老师交谈学问。晚上熄灯后，还要夜读。
