李叔同在杭州期間，交往比較密切的，浙江一師平共處的同事有夏丏尊、美丹書、堵申甫；校外常往來的有馬一浮、林同莊、周佚生等。馬一浮早已研究佛學，是一位有名的居士，對他的影響特別大。但他這時只看一些理學書和道家的書類，做學尚談不到。有一次，夏丏尊看到一本日文雜誌上有篇關於斷食的文章，說斷食是身心「更新」的修養方法，自古宗教上的偉人如釋迎、耶蘇，都曾斷過食。說斷食能生出偉大的精神力量，並且列舉實行的方法。李叔同聽後決心實踐一下，便利用一九一六年寒假，到西湖虎跑定慧寺去實行。經過十七天的斷食體驗，他取老子「能嬰兒乎」之意，改名李嬰，同時對於寺院的清靜生活也有了一定的好感，這可說是他出家的近因。他斷食後寫「靈化」二字贈其學生朱穌典；將斷食的日記贈堵申甫，又將斷食期間所臨的各種碑刻贈與夏丏尊。從此以後，他雖仍在學校授課，但已茹素讀經，且供佛像了。
過了新年，即一九一七年，他就時常到虎跑定慧寺習靜聽法。這年舊歷正月初八日，馬一浮的朋友彭遜之忽然發心在虎跑寺出家，恰好李叔同也在那裡，他目擊當時的一切，大受感動，也就皈依三寶，拜虎跑退居了悟老和尚為皈依師。演音的名，弘一的號，就是那時取定的。從此馬一浮常借佛書給他閱覽，前後借給長水大師《起信論筆削記》、《靈峰毗尼事義集要》、《寶華傳戒正范》等。他也常到虎跑寺去請問佛法。是年九月，他寫了「永日視內典，深山多大年」一聯，呈法輪禪師，自稱「嬰居上總翁」就是這時的紀念。
一九一八年舊歷七月十三日，李叔同結束了學校的教務，決心至虎跑定慧寺從皈依師了悟老和尚披剃出家，正式名為演音，號弘一。出家後，別署很多，常見的有一音，弘裔，曇肪，論月，月臂，僧胤，慧幢，亡言，善夢等，晚年自號晚晴老人，二一老人等。他出家以前，將生平所作油畫，贈與北京美專學校，筆硯碑帖贈與書家周承德，書畫臨摹法書贈與夏丏尊和堵申甫，衣服書籍等贈與豐子悄、劉質平等，玩好小品贈給了陳師曾，當時陳還為他這次割愛畫了一張畫。
同年九月，他到杭州靈隱寺受縣足戒，從此成為一個「比丘」。他受戒以後，看了馬一浮居士送他的《靈峰毗尼事義集要》和《寶華傳戒正范》，覺得按照戒律規定實不得戒。他是事事認真的人，因此發願研習戒律，這是他後來發願宏揚津學的因緣。
弘一大師受戒之後，先到嘉興精嚴寺訪問了范古農居士，在精嚴寺閱藏數月，又到西湖玉泉寺安居，專研律部。他因杭州師友故舊酬酢太多，而且慕名的人又不斷來訪。一九二零年夏，假得弘教律藏三俠，決定到浙江新城貝山閉關，埋頭研習。這時在玉泉寺同住的程中和居士即出家名弘傘，和他同到貝山護關。因為貝山環境不能安居，越年正月重返杭州玉泉寺，披閱《四分律》和唐代道宣、宋代元照的律學著述。
一九二一年三月，由吳壁華、周益由二居士介紹，到溫州慶福寺閉關安居，從事《四分律比丘戒相表記》的著作，並親自以工楷書寫，歷時四載，始告完成。出版後部分寄贈日本，很受日本佛教學者的重視。此後幾年間，他出遊各地，曾到普陀參禮印光法師，又到過衢州蓮花寺寫經，為參加金光明法會一度到過廬山大林寺；不久又回杭州，在招賢寺整理華嚴疏鈔，繼在常寂光寺閉關。後來為了商量《護生畫集》的出版，也到過上海江灣豐子愷先生的緣緣堂。這時葉聖陶（紹鈞）先生寫了一篇《兩法師》（介紹弘一與印光）散文，發表於《民鋒》雜誌，後來收入葉氏《未厭居習作》，由上海開明書店出版，並作為活葉文選，為中學生所愛讀，干是名聞全國。
一九一八年冬，弘一大師為了《護生畫集》的事又到了上海。偶然遇到舊友尤惜明與謝國樑（後來尤氏出家名演本，謝氏出家名寂雲）二居上將赴暹羅（今泰國）弘法，在滬候輪，大師一時高興，便參加了他們的商行弘法團。船到廈門，受到陳嘉庚胞弟陳敬賢居士的接待，介紹他們到南普陀寺去住。他在這裡認識了性願、芝峰、大醒、寄塵諸法師，被懇切地挽留，後來尤謝兩居士乘船繼續南行，而弘一大師就獨自留在廈門了。這是他初次和閩南結下的因緣。不久，由於性願法師的介紹，他就到泉州南安小雪峰寺去過年。這一年冬天，夏丏尊、經亨頤、劉質平、豐子愷等，募款為他在浙江上虞油馬湖蓋了一座精舍，命名「晚晴山房」。後來又成立一個「晚晴護法會」，在經濟上支持他請經和研究的費用。他後來從日本請來古板佛經一萬餘卷，就是這個晚晴護法會施助的。
一九二九年春，他由蘇慧純居士陪同，自泉州經福州至溫州。在福州候船時，他和蘇居上游了鼓山湧泉寺，在寺裡發現工部未入大藏的《華嚴流論纂要》，歎為希有，因發願印刷一子五部，並擬以十二部贈與日本各大學。在他晚年的十四年間（一九二八——一九四二），最初幾年雖然常到江浙的上海、溫州、紹興、杭州、慈溪、鎮海各地雲遊；但自一九三七年以後，除了一度應談虛法師請到青島湛山寺講律，小住數月之外，整個晚年都是在閩南度過的。他常往來於泉廈之間，隨緣居住。在廈門他先後在過南普陀、太平巖、妙釋寺、萬壽巖、日光巖、萬石巖和中巖等處。
抗戰初期，一度到漳州、住過南山寺、瑞竹巖和七寶寺。他與泉州特別有緣，曾住過承天寺、開元寺、百原庵、草庵、福林寺、南安小雪峰、慧泉、靈應寺、惠安淨峰寺、靈瑞山、安海澄停院、、水春蓬壺普濟寺等處。前後親近他學律的有性常、義俊、瑞今、廣洽，廣究、曇昕、傳貫、圓拙、仁開、克定、善契，妙蓮等十餘人。一九四二年秋病革，書二渴與詩友告別，偈云：
君子之交，其淡如水。執象而求，咫尺千里。問余何適？廓爾亡言。花枝春滿，天心月圓。
同年十月十三日（舊歷九月初四日）圓寂於泉州不二祠溫陵養老院晚晴室，享年六十三歲。彌留之際，還寫了「悲欣交集」四字，一面欣慶自己的解脫，一面悲愍眾生的苦惱。這末後一句，真有說不盡的「香光莊嚴」。滅後遺骨分葬於泉州清源山彌陀巖和杭州虎跑定慧寺，這兩處都分別為他建了靈塔。
由一個濁世公子，而留學生、而藝術教育家、最後成為律宗高僧的弘一大師，早年才華橫溢，在藝術各方面都得到了充分的發展。其為人可謂「絢爛之極，歸於平淡」的典型了。他雖避世絕俗，而無處不近人情。值得我們尊敬和學習的，是他的多才多藝和認真的精神。他一生做人確是凡事認真而嚴肅的。他要學一樣就要像一樣，要做什麼就要像什麼。古人有話說：「出家乃大丈夫事，非將相之所能為」。他既出家做了和尚，就要像個和尚。在佛教許多宗派中，律宗是最重修持的一宗，所謂三千威儀，八萬細行，他不但深入研究，而且實踐躬行。馬一浮有詩挽他說：「苦行頭陀重，遺風藝苑思。自知心是佛，常以戒為師」，讀此可謂如見其人了。
弘一大師的佛學思想體系，是以華嚴為境，四分律為行，導歸淨土為果的。也就是說，他研究的是華嚴，修持弘揚的是律行，崇信的是淨土法門。他對晉唐諸譯的華嚴經都有精深的研究，曾著有《華嚴集聯三百》一書，可以窺見其用心之一斑。
我國佛教的律學，古譯有四大律：即《十誦律》、《四分律》、《五分律》、《摩河僧祇津》，到了唐代義淨留學印度回國，又譯出《根本說一切有部律》許多部，後人稱之為新律」。他初出家時學的是「新律」，即《有部律》。這是唐代義淨所譯的戒律，通行於當時的印度。弘一大師稱讚義淨博學強記，貫通律學精微，實空前絕後的中國大律師。他初學有部律時，寫過《根本說一切有部毗奈耶犯相摘記》、《自行鈔》和《學根本說一切有部律人門次第》，對有部律是深深用過苦功的。
後來他因友人之勸，改學《四分律》。因為現存的四大律之中，《十誦》、《僧抵》、《五分》三律，後來研究者少，其註釋至今已無一存；而《四分律》獨盛，註疏也多存在。唐道宣所著有《四分律行事鈔》、《戒本疏》、《羯磨疏》、稱為南山三大部。來杭州靈芝元照，著三部記解釋道直的三大部疏，即《行事鈔資持記》、《戒本疏行宗記》、《羯磨疏濟緣記》、稱為「三疏」、「三記」。南宋禪宗大盛，律學無人過問，這些唐宋諸家的律學撰述、悉皆散失。到了清初，惟存《南山隨機羯磨》一卷。明末藕益大師不見古代疏記，只能寫出《毗尼事義集要》而已。到了清末，這些唐宋律學的著述，才自日本再傳中國。所以他窮研《四分律》，看了唐宋律學著作之後，化了四年時間，著成《四分律比丘戎相表記》。此書和他晚年所撰的《南山律在家備覽略篇》，是他精心撰述的兩大名著。
弘一大師認為正法能否久住，在於《四分律》能否實踐。一九三一年二月，他在上虞法界寺佛前，發專學南山律誓願。一九三三年曾集合學者十餘人於泉州開元寺尊勝院研究律學，稱為南山律學苑；根據日本請回古版律書，圈點南山三天部並講律修持。試讀這時他為南山律學苑撰的一聯，可以概見他晚年的志願。聯云：
南山律學，已八百年湮沒無傳，何幸遺編猶存東土；水僧園，有十餘眾承習不絕，能令正法再住世間。