囊中羞涩的毛泽东考取了不收学费的湖南省立第四师范学校，这时他19岁。第二年，学校并入湖南省立第一师范学校。当时的湖南一师会聚了不少人才，毛泽东在这里遇到了很多良师益友，而他自己也逐步从一个意气风发的少年成长为成熟英俊的青年。
毛泽东再也不是那个调皮好动的私塾学生了。他上课时特别认真，听课笔记上密密麻麻地写满了老师讲的内容，课后阅读老师提到的著作，书的边空上到处标注着体会和想法，遇到疑难的问题，他就找老师和同学请教、探讨。他的时间总是安排得井井有条，日程表挤得满满的。早上起床后读英语，白天上课，晚上自习，熄灯了，就到走廊上借着昏暗的灯光继续读书。通过努力学习，毛泽东在这几年中积累了丰富的知识，思路越来越开阔。在埋头读书的同时，他对“窗外事”也十分关心。他每天都要花很多时间读报，读报时手边放着字典、地图和笔记本，边读边查阅和做笔记。渐渐地，他对国家大事了如指掌，同学们因此送了他一个外号叫“时事通”。
“时事通”并不满足于高谈阔论，他还要切实地了解社会和生活在下层的人民。有一年暑假，他约上好朋友一块去旅行考察。为了锻炼自己，出发时特意不带一分钱。一路上，两人靠着给人写对联和拜访有钱的绅士，徒步走了近千里路，对民间的生活和人民的疾苦有了切身的体会。同学们听说后都对他们的勇气表示钦佩，一个同学说：“润之，你可真是身无分文，心忧天下呀。”毛泽东谦虚地笑笑，说：“天下事是年轻人的责任，我们都应该尽一份力才对哩，当然现在我们还是应当从小事做起，慢慢积蓄。”
毛泽东确实是乐于做些实实在在的“小事”的。他主持编写了反对袁世凯与日本签订丧权辱国的《二十一条》的宣传册子，在学校里引起了强烈的反响。他主办了工人夜校，无偿地教工人读书认字，提高贫苦人的文化水平。他还和志同道合者一起发起成立了一个介于学术和政治之间的团体——“新民学会”，这个学会的成员后来有很多都成为走在时代前列的人物。
毛泽东的才华和能力得到了大家的认可，他被推举为一师学友会总务（相当于现在的学生会主席，当时一般是由教师担任的）。有一次，学校开展“人物互选”活动，结果毛泽东得了最高票。人们都认为他不仅才学出众，而且胆识过人。
毛泽东的胆识不久就得到了印证。1917年爆发了孙中山领导的护法战争。这年11月，在湖南的北洋军全线溃退，有一支很快就要经过长沙，一师地处南郊，是溃军的必经之路。大家都很慌张，溃军一般都是烧杀抢掠、无恶不作的。一时间，人们议论纷纷，似乎只有躲避一法。毛泽东不以为然，他找到校长，说：
“我认为，躲不是个办法，我们的学生志愿军有一定的训练，还可以联络警察局。溃军肯定又累又饿，不敢轻举妄动。我们会有办法的。”
大家听了都半信半疑，问道：“你有什么好办法？”
毛泽东微微一笑，把他的想法说了一遍。
溃军逼近了长沙城，由于不清楚城里的情况，不敢贸然行事。毛泽东得到情报后，马上布置200多名学生拿着训练用的木枪和爆竹埋伏在路旁的山上，并通知有真枪的警察赶来埋伏在学生的前面。傍晚时分，溃军3000多人小心翼翼地出现在路上。毛泽东沉着地看着他们走进“包围圈”后，向举着真枪的警察和拿着爆竹的学生做了个手势。于是，宁静的山谷里，忽然间枪声大作，还夹杂着严厉的喊声：“缴枪没事！”溃军本来就草木皆兵，一听到枪声，也看不清有多少人，吓得只有举手投降。就这样，200多人靠着几杆枪制服了装备良好的3000多名溃军。
事后，大家都夸赞毛泽东，这个说：“简直比诸葛亮的空城计还要精彩。”那个说：“润之真称得上智勇双全，一身是胆。”忽然一个同学问道：“润之，要是当时溃军真的开枪，那可不就麻烦了吗？他们拿的可是真枪呀。”
毛泽东说：“我不是没有想过这个问题，但是据我判断，如果溃军真的要劫城，肯定会气势汹汹当晚搞突袭，不会这样犹豫不决的，再加上他们早已胆战心惊，所以肯定能让他们投降。”
同学们听了都连连点头，心里越发钦佩毛泽东了。
除了学习和工作，毛泽东也注意体育锻炼。在他看来，强健的体魄不仅对个人而且对整个民族的精神面貌都有重要的意义。一有空，毛泽东总会约上要好的同学和朋友去爬山、露宿，到自然界中感受壮美的风景。
毛泽东还有一套“特殊”的锻炼方法。刮风下雨的天气里，他便迎着风雨散步，他把这叫做“风浴”“雨浴”。每天早上天不亮，他就到学校的水井旁淋冷水浴，不论冬夏，从不间断。有位同学奇怪地问他：
“你不怕冷吗？”
毛泽东笑着回答：“冷，谁不怕？就是因为怕，才要淋哩。”
那位同学嘟哝着说：“那不是自己找罪受吗？”
毛泽东告诉他：“淋冷水浴可以促进血液循环，对身体大有好处，而且更重要的是，还能锻炼你战胜困难的勇气。”
“我可做不到。”
“只要你有决心，没有什么事做不到，万事贵在坚持。”
就这样，毛泽东度过了五年半难忘的师范生活，在1918年的夏天毕业了。这时的毛泽东踌躇满志，他带着在学校里学到的知识和才干，带着对国家和人民的满腔热情，也带着很多的迷茫和困惑，要到社会这个广阔的天地里去探索了。
