这时期，毛泽东对研究中国历史发生了很大的兴趣。他甚至觉得与其在这种死板的学校，还不如自己自由读书和研究学问更好一些，他开始制订一个自修计划。
他每天到省立湖南图书馆看书。早晨，总是等着开门，第一个进馆，中午吃两个烧饼，晚上直到闭馆才回来。天天如此，风雨无阻。他已全身心投入这书籍的海洋，如痴如醉贪婪地吸收知识。
他经常面对一幅《世界坤与大地图》发生极大兴趣。原来世界是这样大！中国自称为“居四海之内”，大得以世界自居，其实只占地球很小一部分。后来在谈到这段难忘的事时毛泽东说：“我像牛一样闯进了菜园，初尝菜味，就大口大口吃个不停。”
这样的自学生活继续了半年多，读的书既多且广，从外国的史地，到希腊、罗马的文艺，无所不读，而最让毛泽东感兴趣，最启发思想的是以下这些书：达尔文的《物种起源》、亚当·斯密的《原富》、赫胥黎的《天演论》、穆勒的《名学》、斯宾塞尔的《群学肄言》、约翰密尔的《伦理学》、孟德斯鸠的《法意》、卢梭的《民约论》。这些都是十八、十九世纪西方资产阶级的社会政治学说、古典经济学、哲学和自然科学名著。
但对毛泽东发生重大影响的当属《天演论》，它阐发“物竞天择、优胜劣汰”的进化规律，同中国人传统的“今不如古”的观点完全相反。当时被称为“尊民叛君、尊今叛古”之书。
该书译者严复，并非忠实全译，而是他为适应中国救亡图存的现实需要，有所选择、取舍，并夹有评论。这种打破封建束缚、蔑视传统权威，宣扬斗争自强、自力、自主的世界观，打开了人们的眼界，给人们带来一种对自然界、人类社会和个人，对万事万物的崭新的观点和态度，使青年毛泽东为这种新的思想所深深感动，乃至在读书方法、锻炼身体等等方面也受其影响。
半年的自学，对毛泽东来说收获很大，它甚至可说影响到毛泽东后来思想发展的方向。可这种自学生活遭到父亲的反对。为了继续从家庭取得有限的生活费用，又得到学习的机会，毛泽东最后不得不考入不收学膳费的师范学校。
1913年春，20岁的毛泽东以第一名的成绩考入湖南第四师范。第二年春，第四师范合并于第一师范，在这里，毛泽东呆了五年半时间。
这时正值国内连年内战，湖南三次被北洋军阀统治，日本侵略日紧，以及国际上“协约”与“同盟”两大帝国主义集团大战的时期。
湖南，在十九世纪七十年代以后，这里就成为新旧斗争最尖锐的地方之一，同时这里也产生了争取实现民主制度的最热烈的斗士。
第一师范是一所免费的公立学校，其任务是培养小学教师。中等以上人家的子弟，志在投考大学的，都不进这个学校，他们宁肯进公立或私立的普通中学。当时只有家境贫寒、成绩优良的学生，才能进这个学校。
在这里，对毛泽东影响最大的是杨昌济老师。后来，毛泽东在回忆他在第一师范的读书生活时曾说：
给我印象最深的老师是杨昌济，他是一位从英国回来的留学生，我后来同他的生活有密切的联系。他讲授伦理学，是一个唯心主义者——但是是一个道德高尚的人。他对自己的伦理学有强烈的信仰，努力鼓励学生立志做一个公平正直、品德高尚和有益于社会的人。在他的影响下，我读了蔡元培翻译的一本伦理学的书，而且在这本书的启发下写了一篇题为《心动》的文章。我当时是一个唯心主义者，杨昌济老师从他的唯心主义观点出发，高度赞赏我那篇文章，给了我一百分。
显然，杨昌济的思想、学识、品格，对青年毛泽东的世界观、人生观产生了极大的影响。
杨昌济认为，青年人要有奋斗和向上的人生观。他非难儒家三纲之说，推崇王船山的重个人独立精神，尤其看重谭嗣同《仁学》对儒学的批判。他反对做官混世，经常教育学生要立志服务于社会，不要沉溺于一己的悲观之中。《论语类钞》是他自编的修身讲义，开篇就是“立志”。他在解释“子曰：‘三军可夺帅也，匹夫不可夺志也’”一条时说：“意志之强者，对于己身，则能抑制情欲之横恣；对于社会，则能抵抗权势之压迫。又说：“人属于一社会，则当为其社会得利益。若己身之利益与社会之利益有冲突之时，则当以己身之利益为社会之牺牲。显然，牺牲己之利益可也，牺牲己主义不可也，不肯抛弃己之主义，则匹夫不可夺志之说也。”
杨昌济曾在日本和欧洲留学十年，但在如何学习外国方面，不盲目崇拜西洋，而是十分重视中华民族的文化遗产，强调学习外国要结合国情。他在《劝学篇》中说，“夫一国有一国之民族精神，犹一人有一人之个性也。一国之文明，不能多体移植他国。善治病者，必察病人身体之状态；善治国者，必审国家之特异情形。何者当因，何者当本，何者宜取，何者宜舍，了然于心，确有把握，而后可以适合本国之情形，而善应宇宙之大势。”他主张学习外国，必须结合国情，具有批判精神。这些思想都对日后的毛泽东产生深远的影响。
杨昌济讲究实践，做事要有毅力，深谋远虑；生活要严谨与刻苦。他说，“吾无过人者，惟于坚忍二字颇为著力，常以久制胜；他人以数年为之者，吾以数十年为之，不患其不有成就也。”
关于办事方面，杨昌济主张：“凡办事事，须以全副精神注之，始能有成功而不至失败。人之精力有限，故任事不可过多；任事过多者，则神散而力分，必至事事均办不好。凡办事有一定之顺序，吾人当按顺序，徐徐办去，终有成功之时，不可欲速，欲速则反迟疑。”
其他如言行方面，主张静坐、默思、不说谎话、不步狎邪等等；在生活锻炼方面，主张做事勤恳、崇尚劳动、衣食菲薄、爱惜时间、废止朝色、冷水沐浴、长途步行，以及反对无谓应酬等等。这一切，无不躬行实践，对学生们有深刻的影响，大家都争取效法。
在一师学生掀起驱逐张干（校长）风潮时，学校当局要开除毛泽东。杨昌济为之愤愤不平，他在黑板上写下：“强避桃源作太古，欲栽大木拄长天。”在杨的心目中，毛泽东是自己要精心栽培，用以“拄长天”的“大木”。
立下一种崇高的理想和道德目标，为此而奋斗不懈，使自己的一切行动自觉地受其指导，这就是意志力的高度表现，杨昌济确是一位言行相配、表里如一的良师。杨昌济于1920年1月16日去世。
1913至1915年间，毛泽东比较致力的功课是国文、修身和历史、地理等。
毛泽东读书善于独立思考、批判分析。有时他认为文意很好又合乎逻辑的地方，便密加圈点，否则，便在书上打杠、打叉，并分以“不迫”或“荒谬”等批语。他读过的书，眉批最多，他曾读过的《伦理学原理》，在这本共约十万字的书上，写着一万二千一百多字批语，而且全书逐字、逐句都用墨笔加上圈点、单杠、双杠、三角、叉等等符号。
一次，毛泽东与好友蔡和森谈到：现在国民性惰，虚伪相崇，奴隶性成，思想狭隘，安得国人有大哲学家、大伦理革命家。如俄国之托尔斯泰其人，以洗涤国民之旧思想，开展其新思想。毛泽东主张将唐、宋以后的文集、诗集焚诸一炉，又主张家族革命，师生革命。革命非兵戎相见之谓。
毛泽东常写读书笔记，其中较强调为人必须有高尚理想，以圣贤自勉，认为为人必须“立一思想，此后一言一动皆期合此理想。”“一个之我，小我也；宇宙之我，大我也。一个之我，肉体之我也；宇宙之我，精神之我也。”
对于修身之道，则强调不辞劳苦，要有奋斗精神，要有朝气。
毛泽东特地组织一个类似斯巴达性质的团体，前后有一、二十个同学参加。他们经常作长途旅行，作忍饥、受热、耐寒等锻炼。他认为能练出一种勇猛无畏、敢做敢为的精神。他当时就记下这样的话：“与天奋斗，其乐无穷；与地奋斗，其乐无穷；与人奋斗，其乐无穷。”他提倡：“文明其精神，野蛮其体魄。”
他还有意识地实践孟子的这一段话：“天将降大任于斯人也，必将苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身；行弗乱其所为，是以动心忍性，增益其所不能。”对于毛泽东来说，自我约束显然不能妨碍他的爱好。他仍保持不修边幅的个人习惯。他在那时写道：“操练应是猛烈而粗狂的。跳上马背能袭击，要能胜任连续不断地作战，喊一声能使地动山摇，怒吼一声能使乾坤变色。要有项羽那样的移山之力——所有这些都是猛烈而粗狂的，脆弱和骄气将一事无成。”
1915年，湖南省议会作了个新规定：秋季始业时每个学生要缴十元杂费。这是一个不小的数目，同学们群起反对；有人反映，这个规定是校长张干为了讨好而向政府建议的。于是同学就酝酿赶校长的活动。当时有人写了一篇宣言，来谈校长的私生活如何不好。毛泽东看后觉得文章没有写好。既要赶走校长，就要批评他办学校如何办得不好。于是他另写一篇，历数校长办学无方，贻误青年，理直气壮。第二天，校长得知大怒，为此要挂牌开除以毛泽东为首的17个闹事的学生。由于教师们团结，为学生鸣不平，张不得不收回成命。但这些学生并不畏惧，在毛泽东的策划下，继续发动学生罢课，终于把校长赶走了。
毛泽东的好友肖子升后来回忆说：“我印象最深的还是他的字迹，他的字笔画粗重，总是把字写到格子外，后来他自嘲地笑着对我说，‘你一个格子里能写两个字，而我写两个字得占三个格子’，真是一点也不假”。又说：“每天清晨，我都听到毛泽东大声朗读古文，我知他很用功。但是在所有科目中，他只有作文是拿手的，他的英语很差，算术也不好，图画课上他只画圆圈。在这些科目上，他总在班上的后里。但那时候，人们认为作文是最重要的功课，只要文章好，就是好学生，所以毛泽东是好学生了。”
在师范学校，教育的宗旨被认为是至关重要的，在礼堂入口处的横匾上，写着这样几个大字：德、智、军、美。这是民国六年首任教育长蔡元培提出的。所谓军育，显然是摹仿德国和日本。而毛泽东认为这一点是值得尊崇的。肖子升觉得美育比较创新，毛泽东坚持这军育更为重要，如果国家软弱，谈论美学有什么用途？首要的事情是打败侵略我们的敌人！这和美学又有什么关系呢？如果民族较弱，完善德性又有什么用？最重要的事情是强盛起来，有力量，才能战胜敌人，战胜敌人才能显示德性。
在进入第一师范不久，毛泽东就寻找一些志同道合的朋友。最早跟他结织的有蔡和森、肖子升、何叔衡、陈星、张昆策、罗学瓒等。为此，岳麓山蔡家和城内楚怡小学是他们经常聚会的地方，他们常引顾炎武的信条：“天下兴亡，匹夫有责。”，严肃地“以天下为己任”，通信时相互勉励，戏称自己应成为“栋梁之材”。要实现这个目标，毛泽东觉得决不能靠一个人或几个人摸索，必须有一大帮志同道合、坚定不移的人，结成一个力量，才能有所作为。因此他认为，单是团结校内和少数有志青年还很不够；团体要结得大，有力量，还必须向校外发展。
1915年秋，他就发出有名的“二十八画生征友启事”，启事是毛泽东自己刻蜡板油印的，发给长沙各重要学校。内容力求志同道合的朋友，毛泽东与这些朋友无所不谈，谈话内容涉及很广，包括国内外政治、经济以至宇宙人生等。关于治学问题，毛泽东认为：对于宇宙，对于人生，对于国家，对于教育均属茫然！主张在学问方面用全副力量向宇宙、国家、社会作穷源竟委的探讨，研究有得，便可解释一切，关于生活方面涉及较少。毛泽东常对人说：丈夫要为天下奇，即读奇书、交奇友、著奇文、创奇迹、作个奇男子。他所写日记也有惊人语。如：力拔山兮气盖世，猛烈而已！不斩楼兰誓不还，不畏而已！八年于外，三过其门而不入，忍耐而已。
此外，毛泽东在一师中，还从孔孟儒家、宋明理学、到王船山、颜习斋；从康有为、梁志超、谭嗣同、严复、孙中山，到陈独秀、李大钊；从赫胥黎、斯宾塞尔的进化论，康德的二元论到十八、十九世纪欧洲的民主主义、空想社会主义到托尔斯泰主义，他都有深浅不同的接触和研究。毛泽东后来回忆说：“我这个时候，我的思想成了自由主义、民主主义和空想社会主义等观念的一种奇怪的混合物。”
辛亥革命是中国旧民主主义革命时期最伟大的一次革命。之后，爆发了一个彻底地反对封建主义的启蒙运动——“五·四”前后新旧思想斗争的焦点。《新青年》一开始就集中地对孔子思想进行了猛烈的攻击，认为以“三纲五常”为中心的儒家伦理学说同西方自由平等的伦理原则绝对相反，是阻碍中国人民觉醒的最大敌人。号召青年大胆解放思想，冲破封建的罗网，打倒骗人的偶像，完成个性解放，成为一个独立自主的人。
主编陈独秀在反对封建主义的斗争中是勇敢而坚决的。他将社会改造归结为思想改造，以此作为变革社会的基础。以为伦理问题一解决，其余便迎刃而解。他从个性解放的思想出发，认为个人是社会的基础，极力赞扬法国的民主制度，称“人权论”、“造物进化论”、“空想社会主义”为近世三大发明。象一切唯心论者一样，从人的意志、天才、感情去解释人的社会活动。他过分夸大个人的作用，膜拜英雄，卑视群众。
在五·四以前，进化论曾是进步思想界的主流，陈独秀在这方面的观点同严复早期的观点相似，陈独秀也用“生存竞争”的公式来激励青年发奋自强、争取优胜而避免劣败。
谭嗣同对毛泽东的影响就要更深一些，这同杨昌济的引导有关。谭短暂一生，尽力探索宇宙之真和救国之道。思想学说充满着革命与改良、科学与宗教、唯物论与唯心论、辩证法因素与形而上学观点等种种矛盾。他把广大人民群众只看成是他的对象。他的哲学观点在于提出世界是发展的。将“新而又新”事物变化的原则。“昨日之新，至与日而已旧；今日之新，至明日而又旧。所谓新理新事，必更有新于此者。”他认为天地、物种、人类是不断发展的，“我”本身也是在不断变化发展着的；任何物质世界只有变易，没有存亡，物质世界本身是不生不灭的。他相信人是物质的生物。人的思想、意识、感觉等精神作用（灵魂）也都是物质的产物。但是他又过分夸大和相信精神（心力）的作用。他的著作是《仁学》，毛泽东对《仁学》中的某些具有辩证因素的哲学观点，是相当赞赏的。
李大钊同样相信过进化论，也多少受过托尔斯泰主义和克鲁泡特金的互助论等思想的影响。但是他的世界观中有鲜明的辩证观点，是一个革命的乐观主义者。他大力宣传积极的进取的人生观，热情歌颂新生力量必定战胜腐朽力量。指出中国正处在新旧交替的历史时期。他号召青年们要以不断改造自己、追求进步精神，为创造一个不断更新的青春的新国家而斗争。他认为客观物质世界是永无止境地在运动着、发展着，事物都处在矛盾对立的变化过程，新的和旧的矛盾是“事物进化的机轴”，“旧的毁灭”和“新的再生”就是宇宙变化的规律。他歌颂斗争、歌颂革命。毛泽东受其影响较深。
毛泽东还认真读了《伦理学原理》，在其12000多字的批语中，充满了独立、批判的精神。思想观点最为突出在两方面：一是强调个性解放、个人精神至上、以个人为根本，从“无我论”到“唯我论”；二是突出辩证法思想，特别是认识到矛盾的普通性，矛盾是事物发展的根本原因，将辩证法看作是改造现存制度的武器，以及特别重视人的主观能动作用。
关于个人的意义，毛泽东说：“所谓团体、社会、国家乃至整个世界，均由个人组成，因此，个人有天上价值、百般之价值依个人而存。使个人，则无宇宙。故谓个人之价值大于宇宙之价值可以。”又说：“吾人一生之活动服从自我之活动而已。宇宙间各物之活动，各物服从自我之活动而已，吾从前因主无我论，以为只有宇宙而无我，今知其不然，盖我即宇宙也。若除去我，即无宇宙；各我集合，而成宇宙。故宇宙间可尊者唯我也，可畏者惟我也，可服从者惟我也；我以外，如有可尊、可畏、可服从者，亦由我而推之。人类之目的在实现自我而已，实现自我者，即充分发达吾人身体及精神之能力至于最高之谓。服从神，何不服从己，己即神也，己以外尚有所谓神乎？”
主观世界与客观世界的变化总是向前进的，总是新的代替旧的、正确的代替错误的，个人的思想认识也是如此。毛泽东发出：“我是极高之人，又是极卑之人。”
由于认识到宇宙事物，人类历史都是在对立斗争中发展变化才能前进。毛泽东渴望变革现实、渴望斗争。期待暴风雨的降临。他说：“吾人揽史，恒赞叹战国之时，刘孙相争之时，汉武与匈奴竞争之时，三国竞争之时。事态百变，人才辈出，令人喜读。”又说：“鸠之能翔于空中也，以有空主之抵抗；而彼用以苟无空气，则其翔也更自由。人之意思，不可无对象之抵抗，亦然。无抵抗则无动力；无障碍，则无幸福。纯粹之幸福，如纯粹之真理然，有之其为神乎？在人类，则享幸福者必当有障碍。若损害，犹之识真理者必当有蒙昧若谬误谈也。”
“世界一切之事业及文明，固夫不起于抵抗决胜也。”并写道：“河出潼关，因有太华抵抗，而水力益增其奔猛；风回三峡，因有巫山为隔，而风力益增其怒号。”他认识到，矛盾着的事物在剧烈斗争时，必须相互激化的道理：“道高一尺，魔高一丈。”自然斗争、社会斗争无不如此。盖人类之努力增加，外界之抵抗力亦增加。有大努力者，又有大抵抗在前也。
强调事物对立面的斗争是永恒的，普遍存在的。对事物的斗争发展采取最积极的态度。人的责任在于改造世界，人皆可为尧舜。
毛泽东青年时，曾与朋友约定“三不谈”，即不谈金钱，不谈男女之事，不谈家庭琐事，关心的应是“大事”，即：“人的天性，人的社会，中国，世界，宇宙！”
毛泽东厌恶斤斤计较细枝末节，曾有同学在他房中谈一些琐事，毛泽东站起一言不发走开，并且不再与该人交往。作为毛泽东同学的萧瑜，对毛泽东书桌上堆许多书报而从不收拾，有些不以为然，开玩笑地说：“大英雄如果不清理自己的房间，他怎么治理天下呢？”毛泽东却回答说：“一心想治理天下的大英雄没有时间考虑打扫房间。
