周恩來初到歐洲的時候，對於採取什麼主義來救中國，思想上還沒有最後確定。究竟是採取俄國十月革命的暴力手段呢？還是採取英國的社會改良主義的作法？他當時的思想認識是：「若在吾國，則積弊既深，似非傚法俄式之革命，不易收改革之效；然強鄰環處，動輒受制，暴動尤貽其口實，則又以穩進之說為有力矣。執此二者，取俄取英，弟原無成見，但以為與其各走極端，莫若得其中和以導國人。至實行之時，奮進之力，則弟終以為勇宜先也。」第一次世界大戰後的歐洲，生產調敝，滿目瘡痍，物價高昂，民生窘困。1921年1月，他到倫敦，對英國進行考察。英國這時正處在戰後第一次經濟危機之中，資本家瘋狂地剝削工人，煤礦工人舉行聲勢浩大的同盟罷工。這些使周恩來感到「勞資戰爭，捨根本解決外其道無由」。2月，他回到法國，辨析了工團主義、行會社會主義、無政府主義等各派思潮，終於認定：中國應該走社會主義的道路。
這年春天，周恩來經張申府、劉清揚介紹，加入了在巴黎的共產主義小組。這是中國共產黨的八個發起組之一，周恩來成為黨的創建人之一。從此，周恩來一直是堅定的馬克思主義者，為共產主義而奮鬥終身。
1921年底，周恩來和趙世炎開始醞釀建立旅歐青年的共產主義組織。他們約李維漢到巴黎見面商量，然後分頭進行。周恩來經常奔波於德、法之間，傳達和貫徹旅歐黨組織的意見，在青年中啟發革命覺悟。經過多方籌備，1922年6月，在巴黎西郊布倫森林中召開了成立大會，建立了旅歐中國少年共產黨。趙世炎為書記，周恩來負責宣傳，李維漢負責組織。這個組織後來由中共中央和中國社會主義青年團中央批准，成為中國社會主義青年團旅歐支部。
周恩來在西歐的將近四年中，豐富了理論知識和多方面的實踐經驗。
1921年7、8月間，中國旅法的勤工儉學生聯合華工和各界僑胞，成功地開展了一場反對北洋政府秘密借款的鬥爭，迫使它的用出賣國家主權為代價同法國政府和資本家簽定的5億法郎借款合同中途停止。周恩來積極支持這一鬥爭，並向國內作了詳細的報道。法國政府採取了報復手段，決定從9月15日起停發對勤工儉學生的維持費。同時，即將開學的里昂中法大學剝奪了勤工儉學生的入學權利。勤工儉學生被推入了絕境，他們採取進佔裡大的行動。里昂的警察逮捕了勤工儉學生的先發隊，將他們押送回國。從此，五四運動後形成的赴法勤工儉學運動基本結束。
1923年5月，國內發生了山東臨城的劫車案，土匪扣留了30多名西方乘客，帝國主義各國藉機提出要共同管理中國的鐵路。到6月12日，被劫持的旅客已全部獲釋，但7月間法國《巴黎時報》透露列強共管中國鐵路「不日即將見諸實行」。周恩來看到報紙後，決定發動旅法華人起來開展保衛國家主權的鬥爭。7月3日，他主持旅法華人各團體聯合會議，商討行動計。8日，又召集22個旅法團體的代表開會，組成「臨時委員會」，發出《致國內各界公電》，指出「鐵路共管，等於亡國，旅法華人全體反對，望農工商各界速起力爭」。國內人民也強烈反對這事，中共中央機關報《嚮導》連續發表蔡和森、張太雷等的文章。帝國主義見眾怒難犯，後來不得不將「共管」方案擱置。在這次鬥爭中，周恩來始終是旅法華人中的組織者和領導者。
在第一次世界大戰期間，中國有5萬工人遠渡重洋到法國，「以工代兵」，表示中國的參戰。周恩來到法國時，留在法國的華工還有2000多人。他們吃的是黑麵包，住的是帳篷和木板工棚，遭受奴役。旅歐黨團組織十分重視華工，建立了統一的組織華工總會，並且對華工進行愛國主義教育、階級教育和共產主義教育，幫他們辦好《工人旬報》。周恩來經常到巴黎近郊的華工聚居地區比央古，深人工廠和工棚，同華工辦事處負責人談話，瞭解工作情況，進行指導幫助，有時還去作報告。旅歐期間，他自己也當過工人。在他的帶動和號召下，旅歐黨團組織和它所屬的各單位經常召開各類華工會議，共產黨員和青年團員深入華工中活動。華工領袖袁子貞、馬志遠等先後加入了旅歐青年團和中國共產黨。
1922年8月，孫中山指派王京歧到法國組織中國國民黨駐法支部。此前，即這一年的6月15日，中國共產黨在《對時局的主張》中曾提出願與「國民黨等革命民主派及革命的社會主義各團體」「共同建立一個民主主義的聯合戰線」。王京歧一到法國，周恩來就根據中共中央指示精神同他取得聯繫。1923年6月16日，周恩來、尹寬、林蔚等代表旅歐青年團與王京歧達成協議，80餘名團員全都以個人身份參加了國民黨旅歐組織。這是在國內統一戰線尚未正式建立前，歐洲已經實現國共合作，成為第一次大革命時期國共合作的先聲。由於旅歐共產黨員、青年團員遍及法國、德國、比利時，國民黨總部就令駐法支部改為駐歐支部。1923年11月25日，在中國國民黨駐歐支部成立大會上，周恩來當選為執行部的總務科主任，在執行部長王京歧歸國期間，周恩來代理部長職務，實際負責國民黨駐歐支部的工作。
在統一戰線中，周恩來強調要遵循共同的革命綱領，聯合其他革命勢力，積極從事國民革命工作。但是，決不能「拋並共產主義不信」，忘了「國民革命後還有無產階級向有產階級的『階級革命』」。他和王京歧合作，一個對外，一個理內，關係處埋得非常好。後來周恩來被調回國，王京歧深感「現中央（廣東）奪之東歸，全歐黨務影響非淺」。
中共和社會主義青年團旅歐組織是很重視共產主義理論學習的，專門辦了側重於理論的雜誌《少年》。周恩來在這段時間內讀了不少馬克思主義的書籍，同時，結合在歐洲的鬥爭實踐，寫了很多文章，提出了不少卓越的見解。
他認為：「中國民族欲圖生存，必須打倒帝國主義。帝國主義不倒，中國民族也萬難解放。帝國主義列強和新舊軍閥、封建餘孽、洋行賣辦，濫官乃是「我們共同的敵人」。
他說：只有全中國的工人、農民、商人、學生聯合起來，實行國民革命，才能救中國。而工人階級是「最可靠的主力」。
他主張中國革命要分為兩步來走，第一步是國民革命，是無產階級和有產階級合作以推倒當權的封建階級，第二步才是無產階級向有產階級的「階級革命」。「不走到第一步，何能走到第二步？」
他在進行工人工作中，對工會的性質、任務、作用、組織以及工會與無產階級政黨的關係，作了系統論述。他說，在無產階級奪取政權之前，工會主要是「促進工人的階級覺悟，宣傳無產教化，散佈革命種子」，就是「預備破壞」舊制度，在奪取政權之後，工會的主要作用「是在建設」。工會與黨的關係是「極密切而永不相欺的」，黨是「勞動運動的先驅，社會革命的嚮導」。工人運動的目標應該是「改良工人狀況，引導工人為經濟的奮鬥，協助工人政黨圖謀工人階級的解放，取消工銀奴役，以達到最後共產主義的勝利」。
對於世界形勢，周恩來分析了第一次世界大戰後日、美帝國主義之間的矛盾，指出「他們預備的是帝國主義戰爭」。他卓有遠見地預言：「太平洋上的帝國主義戰爭終有爆發之日」，在日美之戰起來後，謀中國獨立的戰士「要切實地預備乘機掀起太平洋上革命之潮」。
旅歐這段時間，對於周恩來來說，除了在實踐上和理論上為以後從事中國革命的領導工作打下多方面的基礎外，同時在組織上也聚集了一大批志同道合的戰友，這為中國革命準備了眾多的領導幹部，其中有朱德、李富春、王若飛、陳延年、陳喬年、鄧小平、聶榮臻、李維漢、劉伯堅、蔡暢、傅鍾、何長工、李卓然、劉鼎、張伯簡、林蔚、郭隆真、熊雄、孫炳文、穆青、歐陽欽、袁子貞、馬志遠、李大章、邢西萍等，而周恩來和趙世炎等是旅歐黨團組織的創立者和領導人。