周恩来初到欧洲的时候，对于采取什么主义来救中国，思想上还没有最后确定。究竟是采取俄国十月革命的暴力手段呢？还是采取英国的社会改良主义的作法？他当时的思想认识是：“若在吾国，则积弊既深，似非效法俄式之革命，不易收改革之效；然强邻环处，动辄受制，暴动尤贻其口实，则又以稳进之说为有力矣。执此二者，取俄取英，弟原无成见，但以为与其各走极端，莫若得其中和以导国人。至实行之时，奋进之力，则弟终以为勇宜先也。”第一次世界大战后的欧洲，生产调敝，满目疮痍，物价高昂，民生窘困。1921年1月，他到伦敦，对英国进行考察。英国这时正处在战后第一次经济危机之中，资本家疯狂地剥削工人，煤矿工人举行声势浩大的同盟罢工。这些使周恩来感到“劳资战争，舍根本解决外其道无由”。2月，他回到法国，辨析了工团主义、行会社会主义、无政府主义等各派思潮，终于认定：中国应该走社会主义的道路。
这年春天，周恩来经张申府、刘清扬介绍，加入了在巴黎的共产主义小组。这是中国共产党的八个发起组之一，周恩来成为党的创建人之一。从此，周恩来一直是坚定的马克思主义者，为共产主义而奋斗终身。
1921年底，周恩来和赵世炎开始酝酿建立旅欧青年的共产主义组织。他们约李维汉到巴黎见面商量，然后分头进行。周恩来经常奔波于德、法之间，传达和贯彻旅欧党组织的意见，在青年中启发革命觉悟。经过多方筹备，1922年6月，在巴黎西郊布伦森林中召开了成立大会，建立了旅欧中国少年共产党。赵世炎为书记，周恩来负责宣传，李维汉负责组织。这个组织后来由中共中央和中国社会主义青年团中央批准，成为中国社会主义青年团旅欧支部。
周恩来在西欧的将近四年中，丰富了理论知识和多方面的实践经验。
1921年7、8月间，中国旅法的勤工俭学生联合华工和各界侨胞，成功地开展了一场反对北洋政府秘密借款的斗争，迫使它的用出卖国家主权为代价同法国政府和资本家签定的5亿法郎借款合同中途停止。周恩来积极支持这一斗争，并向国内作了详细的报道。法国政府采取了报复手段，决定从9月15日起停发对勤工俭学生的维持费。同时，即将开学的里昂中法大学剥夺了勤工俭学生的入学权利。勤工俭学生被推入了绝境，他们采取进占里大的行动。里昂的警察逮捕了勤工俭学生的先发队，将他们押送回国。从此，五四运动后形成的赴法勤工俭学运动基本结束。
1923年5月，国内发生了山东临城的劫车案，土匪扣留了30多名西方乘客，帝国主义各国借机提出要共同管理中国的铁路。到6月12日，被劫持的旅客已全部获释，但7月间法国《巴黎时报》透露列强共管中国铁路“不日即将见诸实行”。周恩来看到报纸后，决定发动旅法华人起来开展保卫国家主权的斗争。7月3日，他主持旅法华人各团体联合会议，商讨行动计。8日，又召集22个旅法团体的代表开会，组成“临时委员会”，发出《致国内各界公电》，指出“铁路共管，等于亡国，旅法华人全体反对，望农工商各界速起力争”。国内人民也强烈反对这事，中共中央机关报《向导》连续发表蔡和森、张太雷等的文章。帝国主义见众怒难犯，后来不得不将“共管”方案搁置。在这次斗争中，周恩来始终是旅法华人中的组织者和领导者。
在第一次世界大战期间，中国有5万工人远渡重洋到法国，“以工代兵”，表示中国的参战。周恩来到法国时，留在法国的华工还有2000多人。他们吃的是黑面包，住的是帐篷和木板工棚，遭受奴役。旅欧党团组织十分重视华工，建立了统一的组织华工总会，并且对华工进行爱国主义教育、阶级教育和共产主义教育，帮他们办好《工人旬报》。周恩来经常到巴黎近郊的华工聚居地区比央古，深人工厂和工棚，同华工办事处负责人谈话，了解工作情况，进行指导帮助，有时还去作报告。旅欧期间，他自己也当过工人。在他的带动和号召下，旅欧党团组织和它所属的各单位经常召开各类华工会议，共产党员和青年团员深入华工中活动。华工领袖袁子贞、马志远等先后加入了旅欧青年团和中国共产党。
1922年8月，孙中山指派王京歧到法国组织中国国民党驻法支部。此前，即这一年的6月15日，中国共产党在《对时局的主张》中曾提出愿与“国民党等革命民主派及革命的社会主义各团体”“共同建立一个民主主义的联合战线”。王京歧一到法国，周恩来就根据中共中央指示精神同他取得联系。1923年6月16日，周恩来、尹宽、林蔚等代表旅欧青年团与王京歧达成协议，80余名团员全都以个人身分参加了国民党旅欧组织。这是在国内统一战线尚未正式建立前，欧洲已经实现国共合作，成为第一次大革命时期国共合作的先声。由于旅欧共产党员、青年团员遍及法国、德国、比利时，国民党总部就令驻法支部改为驻欧支部。1923年11月25日，在中国国民党驻欧支部成立大会上，周恩来当选为执行部的总务科主任，在执行部长王京歧归国期间，周恩来代理部长职务，实际负责国民党驻欧支部的工作。
在统一战线中，周恩来强调要遵循共同的革命纲领，联合其他革命势力，积极从事国民革命工作。但是，决不能“抛并共产主义不信”，忘了“国民革命后还有无产阶级向有产阶级的‘阶级革命’”。他和王京歧合作，一个对外，一个理内，关系处埋得非常好。后来周恩来被调回国，王京歧深感“现中央（广东）夺之东归，全欧党务影响非浅”。
中共和社会主义青年团旅欧组织是很重视共产主义理论学习的，专门办了侧重于理论的杂志《少年》。周恩来在这段时间内读了不少马克思主义的书籍，同时，结合在欧洲的斗争实践，写了很多文章，提出了不少卓越的见解。
他认为：“中国民族欲图生存，必须打倒帝国主义。帝国主义不倒，中国民族也万难解放。帝国主义列强和新旧军阀、封建余孽、洋行卖办，滥官乃是“我们共同的敌人”。
他说：只有全中国的工人、农民、商人、学生联合起来，实行国民革命，才能救中国。而工人阶级是“最可靠的主力”。
他主张中国革命要分为两步来走，第一步是国民革命，是无产阶级和有产阶级合作以推倒当权的封建阶级，第二步才是无产阶级向有产阶级的“阶级革命”。“不走到第一步，何能走到第二步？”
他在进行工人工作中，对工会的性质、任务、作用、组织以及工会与无产阶级政党的关系，作了系统论述。他说，在无产阶级夺取政权之前，工会主要是“促进工人的阶级觉悟，宣传无产教化，散布革命种子”，就是“预备破坏”旧制度，在夺取政权之后，工会的主要作用“是在建设”。工会与党的关系是“极密切而永不相欺的”，党是“劳动运动的先驱，社会革命的向导”。工人运动的目标应该是“改良工人状况，引导工人为经济的奋斗，协助工人政党图谋工人阶级的解放，取消工银奴役，以达到最后共产主义的胜利”。
对于世界形势，周恩来分析了第一次世界大战后日、美帝国主义之间的矛盾，指出“他们预备的是帝国主义战争”。他卓有远见地预言：“太平洋上的帝国主义战争终有爆发之日”，在日美之战起来后，谋中国独立的战士“要切实地预备乘机掀起太平洋上革命之潮”。
旅欧这段时间，对于周恩来来说，除了在实践上和理论上为以后从事中国革命的领导工作打下多方面的基础外，同时在组织上也聚集了一大批志同道合的战友，这为中国革命准备了众多的领导干部，其中有朱德、李富春、王若飞、陈延年、陈乔年、邓小平、聂荣臻、李维汉、刘伯坚、蔡畅、傅钟、何长工、李卓然、刘鼎、张伯简、林蔚、郭隆真、熊雄、孙炳文、穆青、欧阳钦、袁子贞、马志远、李大章、邢西萍等，而周恩来和赵世炎等是旅欧党团组织的创立者和领导人。