在此校，毛泽东眼界大开，开始接触国内风行的政治浪潮，对维新变法、革命反满等各种思潮兼收并蓄，赞成君主立宪制，尤其崇拜康有为、梁启超。梁为世纪之初中国言论界巨子，其笔头常带感情的文字风靡学界，毛泽东于此极为敬仰，曾以笔名“子任”来表示钦佩之情（梁字任潮，人称任公）。
次年，毛考入湘乡驻省中学，更加热情澎湃地投身政治事件，10月正值武昌起义爆发，毛以热血青年投笔从戎，参加反清独立的驻长沙起义新军二十五混成协五十标第一营左队，为列兵。不到半年，见孙中山已任临时大总统、民国成立，认为革命已告成功，又弃枪从学，以第一名成绩考入湖南全省高等中学校（后改名省立第一中学），又不到半年，认为学校功课已不能满足求知欲，便自动退学，寄居长沙湘乡会馆，每日到湖南省立图书馆自修，开始广泛涉猎18、19世纪欧洲启蒙思想家的社会科学、自然科学书籍，获益甚丰；又半年，1913年春，20岁的毛泽东在父亲提供学费未果情况下，考入免收学费的湖南省立第四学校预科，开始其5年的大学生活。
9岁入学，6年私塾，毛泽东在1964年8月18日的一次讲话中（即《关于哲学问题的讲话》）说：“我过去读过孔夫子的书，读了‘四书’、‘五经’。读了6年。背得，可是不懂。那时候很相信孔夫子，还写过文章。”转引自高菊村、陈峰、唐振南、田余粮：《青年毛泽东》，中共党史资料出版社1990年版，第12页。)1年辍学务农，2年半新式中学，半年军旅，半年自修，20岁前的毛泽东读书生活可谓丰富多彩。求学时的毛泽东，表现出强烈的求知欲、聪慧的分析理解能力和优异的成绩，尤以国文见长。
如1912年，19岁的毛泽东在湖南全省高等中学校所作的《商鞅徙木立信论》即博得指导教师的高度赞誉。毛在文中称商鞅为首屈一指的伟大政治家，“其法惩奸宄以保人民之权利，务耕织以增进国民之富力，尚军功以树国威，孥贫怠以绝消耗。此诚我国从来未有之大政策。”反映出毛自当时现实出发，对中国先秦法家的欣赏。国文教员柳潜为前清秀才，对此文极为赏识，称毛才气过人，前途不可限量，给该文打100分，并要求同学“传观”以作范文。柳在批语中认为，“实切社会立论，目光如炬，落墨大方，恰似报笔，而文法亦骎骎入古。”“有法律知识，具哲理思想，借题发挥，纯以唱叹之笔出之，是为压题法，至推论商君之法为从来未有之大政策，言之凿凿，绝无浮烟涨墨绕其笔端，是有功于社会文字。”“历观生作，练成一色文字，自是伟大之器，再加功候，吾不知其所至。”（参见高菊村、陈峰、唐振南、田余粮：《青年毛泽东》，中共党史资料出版社1990年版，第21~23页。)600字文章，150字的赞誉批语，足见毛泽东的过人才华。
1914年2月，省立第四师范并入一师，3月毛泽东转入该校。一师是当时湖南一所较为民主开明的高等学校，学制预科1年，本科4年，毛在四师已学预科1年，但到一师仍重读预科半年，至秋天才被编入本科第八班。该校名教师颇多，对毛影响较大者有杨昌济、徐特立、袁仲谦、黎锦熙、王季范、方维夏等，尤以杨、徐二位，一是恩师加岳父，一是教师朋友兼革命同志，有几十年的交情。
杨昌济在教毛泽东半年伦理课后，在日记中记载了毛泽东来拜访的经过，言道：
毛生泽东，言其所居之地为湘潭与湘乡连界之地，仅隔一山，而两地之语言各异。其地在高山之中，聚族而居，人多务农，易于致富，富则往湘乡买田。风俗纯朴，烟赌甚稀。渠之父先亦务农，现业转贩，其弟亦务农。其外家为湘乡人，亦农家也。而资质俊秀若此，殊为难得。余因以农家多出异才，引曾涤生、梁任公之例以勉之。毛生曾务农二年，民国反正时又曾当兵半年，亦有趣味之履历也。杨昌济：《达化斋日记》，湖南人民出版社1981年版。
毛泽东在该校学习期间，渐渐表现出卓异的领袖才能，无论才智、学识，还是秉行、志向，均是特立独行、超凡不群。1915年11月，入校一年的毛氏，入选一师学友会文牍，负责起草报告、造具表册和会议速记，此职毛连任4届，为毛从事有组织社会活动的开始。该会类似校学生会，其宗旨标榜“砥砺道德、研究教育、增进学识、养成职业、锻炼身体、联络感情”。1917年6月，身为大二学生的毛氏参加全校德、智、体优秀“人物互选”活动，该校400多同学选出34名优秀学生，毛泽东得票最多，在6项目中均中选，为唯一者，即敦品（如敦廉耻、尚气节、慎交游、屏外诱）11票，自治（如守秩序、重礼节、慎言笑）5票，文学（如长于国文辞章）9票，言语（如长于演讲、论辩应对）12票，才具（如应变有方、办事精细）6票，胆识（如冒险进取、警备非常）6票，共49票，居全校之冠，其中，言语、敦品两项得票数第一，胆识项得票为毛所独有。（参见高菊村、陈峰、唐振南、田余粮：《青年毛泽东》，中共党史资料出版社1990年版，第57~58页。)毛泽东由此成为湖南一师的风云人物。
同时，毛泽东还广泛开展读无字书即旅游求学的活动，足迹遍于湘中、湘南、湘北诸乡、县农村，了解三湘风土人情；以身作则，厉行所倡导的“文明其精神，野蛮其体魄”主张，坚持游泳、冷水浴、爬山、露宿、风浴、水浴，强壮的体魄、科学的锻炼方法，使毛泽东终生受益匪浅；不耻下问，拜访求学长沙城内及外地来湘名流学者，深得教益；组织同学互助互学，表现出卓尔不凡的组织才能；关心时事，对天下大势有独特见解，大有舍我其谁、粪土万户侯的英雄气概。5年大学生涯，终将毛泽东的领袖潜质发挥出来，并造就了一代英才所需的各种才智，一个世纪人物已是不可阻挡地将横空出世了。
毛泽东对同学、朋友所表现出的吸引力与凝聚力，不仅在于其优异的学识才干，而且还在于其优秀的德行、对同侪的同情心与关爱。毛泽东在寄致友人信中，谈及人才与交友问题，说：来日之中国，艰难百倍于昔，非有奇杰不足言救济，屠沽贾炫之中，必有非常之人。人非圣贤，不能孑然有所成就，亲师而外，取友为急。
1915年5月，袁世凯接受日本侵华“二十一条”提出的全部丧权辱国要求，全国群情激愤，毛泽东闻之，义愤填膺，挥笔疾书：“五月七日，民国奇耻；何以报仇？在我学子！”并借悼念病故同学易昌陶，赋诗抒发国难友亡之惆怅情怀：
去去思君深，思君君不来。愁杀芳年友，悲叹有余哀。
衡阳雁声彻，湘滨春溜回。感物念所欢，踯躅南城隈。
城隈草萋萋，涔泪侵双题。采采余孤景，日落衡云西。
方期沆瀁游，零落匪所思。永诀从今始，午夜惊鸣鸡。
鸣鸡一声唱，汗漫东皋上。冉冉望君来，握手珠眶涨。
关山蹇骥足，飞飙拂灵帐。我怀郁如焚，放歌倚列嶂。
列嶂青且茜，愿言试长剑。东海有岛夷，北山尽仇怨。
荡涤谁氏子，安得辞浮浅。子期竟早亡，牙琴从此绝。
琴绝最伤情，朱华春不荣。后来有千日，谁与共平生？
望灵荐杯酒，惨淡看铭旌。惆怅中何寄，江天水一泓。
同时，草书挽联一副：
胡虏多反复，千里度龙山，腥秽待湔，独令我来何济世；
生死安足论，百年会有没，奇花初茁，特因君去尚非时。吴正裕主编，《毛泽东诗词全编鉴赏》，中央文献出版社2002年版，第413~414页。)
毛泽东崭露头角
毛泽东在学校崭露头角、显示领袖锋芒，是在1915年上学期反对校长张干的学潮中，因外界纷传张干为讨好当局而主动建议学生每人交纳10元学杂费而引起一师学生群情愤怒，毛泽东领头书写“大字报”，指斥张对上阿谀讨好，对下专横跋扈，办学无方，贻害青年，并四处张贴，学生罢课日众。张知悉后，气急决定开除毛泽东等17名学生，但遭到杨昌济、徐特立、王季范等多名教员的劝阻，遂改给毛以记大过处分；下半年张干被迫辞职。新中国成立后，毛泽东为此对张干致歉，并邀张赴中南海宴约，坐首席。
但真正使毛泽东开始名扬三湘先进青年，是发起成立新民学会。这个湖南激进青年组织在现代中国，尤其是中共奋斗史上，占有极重要的地位，其中大批优异者成为中共早期的风云人物。
1917年冬，毛泽东与同学蔡和森、萧子升等决定“集合同志，创造新环境”，由毛泽东、邹彝鼎（一师同学）起草会章，并约定以杨昌济为精神领袖，以其“奋斗的和向上的人生观”为纲领，建立组织。
1918年4月14日，萧子升、毛泽东、何叔衡、邹彝鼎、张昆弟、蔡和森、邹蕴真、陈书农、周明谛、叶兆祯、萧三（均为一师学友）及长郡中学的罗璈阶（章龙，响应毛“二十八画生”征友者1915年秋，毛泽东以“二十八画生”名义发出《征友启事》，邀请有志青年为友，并提出条件是刻苦耐劳、意志坚定、随时准备为国捐躯，其中谓“愿嘤鸣以求友，敢步将伯之呼”，但应者寥寥，只有“三个半人”，后来出名者有罗章龙，“半个”指李立三，系来自十六国时期的符坚“一个半人”的典故。毛泽东很在意这种当时相当出格的举动，在与友人信中一再提及。（参见罗章龙：《回忆新民学会——由湖南到北京》，载《新民学会资料》，第498~501页。)等聚集蔡家会议，正式决定学会成立。会上推举萧子升为总干事，毛泽东、陈书农为干事，同时还有未及到会者陈章甫、周世钊、罗学瓒、李和笙（维汉）、曾以鲁、傅昌钰、彭道良等为基本会员，会议决定约法五章，以为学会戒律：不虚伪、不懒惰、不浪费、不赌博、不狎妓。此为当时风靡全国新青年联合团体的一种，足见毛泽东诸人已为湖南开风气之先者。
新民学会至1921年中共湖南共产党早期组织成立，由于大部会员或出洋欧洲，或流落异地，已无法进行有效的联络，而且以毛泽东、蔡和森为首的激进主义者转向共产主义，会内思想分歧日益明显，不得不无结果而散。该会是湖南五四前后最大、最有影响的一个青年政治团体，最多时达80余人，毛泽东曾对埃德加·斯诺说：“学会有七八十名会员，其中许多人后来都成了中国共产主义和中国革命史上的有名人物。”见埃德加·斯诺：《西行漫记》，三联书店出版社1979年版，第124页。)有影响者即有中共早期领袖之一的毛泽东、蔡和森、罗章龙、李维汉，著名社会活动人士萧子升、张国基、夏曦、向警予、彭璜、易礼容、郭亮、罗宗翰、谢觉哉、何叔衡、蔡畅、刘清扬、罗学瓒、张昆弟等，著名学者名流周世钊、劳君展、萧三等。在其中，“和森是理论家，润之是实际家”，毛泽东的核心地位得到公认。
毛泽东在湖南激进青年中的高知名度，并未在社会上产生轰动效应。由于新民学会成立3年，并未张扬，在社会上除极少数相知的朋友以外，绝大多数人甚至不知有该学会的存在。毛泽东成为湖南青年的旗帜，是策划指导长沙五四学运和领导驱逐湘督张敬尧的群众运动，组织湖南自治运动，企图建立“湖南共和国”。
1918年至1919年，毛泽东与蔡和森等由长沙而北京，热烈响应当时甚为流行的自治新村运动，热衷创造一种新的生活：邀合同志，租一所房子，办一个自修大学，实行共产生活，即财产公有、共同劳动、平均分配、人人平等、互助友爱，类似中国传统知识分子梦寐以求的人类大同社会。这种无政府主义的共产主义、小农经济基础上的平均主义实验，对五四一代青年很有吸引力，也对毛泽东一生影响颇深，到50年代末期的“大跃进”、人民公社化运动，60年代的“文化大革命”均可依稀看到这种青年时代梦想的影子。
1918年秋，为筹措经费、组织新民学会会员赴法勤工俭学，到北京增长才干，追求杨开慧，毛泽东来到北京，住先生杨昌济家，并到北大听课，还在杨先生的介绍下，到李大钊任主任的北大图书馆谋得一月8块大洋的助理员职位。毛在这所著名的自由学府大长见识，见到了久已慕名的新文化运动领袖人物陈独秀、胡适、蔡元培、李大钊诸人，及激进大学生傅斯年、罗家伦、张国焘、康白情、段锡朋、陈公博、谭平山等。
1919年5月下旬，已回到长沙在修业小学任历史课教员的毛泽东，获知北京、上海青年学生的罢课、游行风潮，积极运动新民学会成员（已成为长沙各学校、社会各界的青年栋梁），组织省学联，酝酿罢课。28日，学联成立，毛泽东因非在校师、生，没有担任领导职务，但成为学运的精神领袖，是这个富有战斗性的新的学生组织的实际领导人。
毛泽东在此次长沙学潮中最有贡献的事件是创办并一手支撑《湘江评论》这份社会政治时评的刊物。该刊不仅在湖南影响深远，在全国也颇有名气，陈独秀、李大钊即专门著文在《每周评论》上介绍。该刊连出5期遭查封后，毛泽东又曾担任学联机关刊物《新湖南》的总编辑，并利用此合法舆论阵地，对封建礼教、张敬尧祸湘毒湘的军阀统治进行了猛烈抨击，成为湖南媒界的执牛耳者。
