当时，清政府出于挽救垂死的封建专制统治的需要，不断向国外，特别是日本派遣大批留学生。全国广大知识分子和其他有识之士，出于对清朝统治的强烈不满，也纷纷自费出国留学。激进的维新派人物，更是把日本作为政治避风港，聚首于异国他乡，开展推翻清朝政府的政治活动。范氏兄弟抵日后，很快与反清的革命组织“华兴会”建立了联系，范静生继续投入反清斗争。范旭东则进入一所日本专为接纳中国留学生设立的日语学校清华学校就读。1902年夏转入和歌山中学，1904年升入冈山高等学堂。在日本的几年中学生活，使范旭东目睹了明治维新给日本社会经济带来的空前繁荣，更激起了他对清朝黑暗统治的无比愤恨。中学毕业时，他曾一度打算研读医学，他认为中国人要站起来，首先要甩掉“东亚病夫”的帽子！可是他的这种想法遭到了哥哥范静生的反对，范静生语重心长地对他说：“即便中国人人都有一副钢筋铁骨般的身体，也抵挡不住洋枪、洋炮的进攻，弟弟，你还是学点别的吧！”哥哥一席话，深深启发了他。他毅然放弃了学医的打算，决定另择报国途径，决定改学军事，希望将来有朝一日，率领千军万马，驰骋沙场，为保卫祖国效力。为此，他常常一个人躲在千叶县海滨，秘密地研制炸药，如痴如狂地沉浸在一片幻想之中。大学预科结业，他把自己的抱负向他所崇敬的酒井佐保先生袒露，酒井是一位德高望重的老校长，是一位历史教师，早年曾到过中国，也是研究中国社会和历史的“中国通”。他原来满以为他的想法会得到这位日本校长的支持，却万万没有想到他从酒井那里得到的是一顿奚落：“待君学成，国土无疆，中国早亡矣！”范旭东听过此言，仿佛被酒井狠狠地打了一巴掌，心如刀绞，羞愧万分，他匆匆跑回自己的宿舍，抱头痛哭了一场，然后在自己的毕业照片背面写下了誓言：“我愿从今以后，寡言力行，摄像立誓之证……男儿男儿勿忘之！”他愤懑至极，毅然放弃了从军报国的意愿，最终选择了科学与实业救国的道路。1909年，他以优异成绩考入东京帝国大学化学系，1911年学成归国，踏上了以科学报效祖国的征程。