1912年，李方桂隨母親二度進京讀書，其原因是“在那個大寨是不可能接受多少教育的，對孩子的成長不利。”李的父親則不愿離開隱居之所，獨自一人繼續(xù)在家鄉(xiāng)生活。1918年，李方桂于北京師范學院附中（即今北師大附中）和他的兩個要好的同學一起考入清華學堂，其中一位叫張鈺哲的同學后來成為20世紀中國最有影響的天文學家。

1924年，李方桂渡海來到了美國安阿波爾的執(zhí)密安大學攻讀語言學和哲學。兩年后的1926年，當他拿到了語言學學士學位，并自我感覺不會“迷路”的時候，進入芝加哥大學繼續(xù)攻讀語言學。當時，芝加哥大學是美國在語言學研究方面最優(yōu)秀的學校之一。自此，李方桂在美國最重要的語言學家愛德華•薩丕爾（Ednard Sapir,1884—1939）、倫納德•布龍菲德爾(Leonard Bloomfield,1887—1949),和達爾寧•勃克(Carl Darling Buck)等三位教授的悉心指導下進行語言學訓練，并從薩丕爾教授那里學到了語音學、田野調(diào)查方法以及美洲印第安語；從布龍菲爾德教授學習了日耳曼語言學和文本分析方法。在很長一段時間，李方桂都是布龍菲爾德惟一的學生，后來李氏在很多場合自稱是這位世界級語言學大師的得意門生。在達爾寧•勃克教授的指導下，李方桂又系統(tǒng)地學習了印歐語言學，特別是希臘語和拉丁語。正是得意于三位大師的精誠指導，極具天賦的李方桂才成就了未來在語言學事業(yè)的輝煌功業(yè)。

1929年，勃克教授為李方桂爭取到了哈佛的獎學金，李氏赴哈佛學習了6個月的梵語后，返回芝加哥大學進行論文答辯并拿到了博士學位。當時，李方桂的導師薩丕爾教授曾征求這位弟子的意見：“你已經(jīng)獲得了博士學位，且做過許多印第安語的研究工作，你以后準備干些啥？”

李方桂斬釘截鐵地回答：“我想回中國。”

薩丕爾教授聽罷，會心地點點頭，說：“那好吧，我將弄一筆錢資助你回中國，如果你發(fā)現(xiàn)中國不合適你，你依然可以依靠這筆錢支付路費返回美國。”[3]于是，薩丕爾教授很快通過龐大的人脈關(guān)系和自己在美國學術(shù)界的影響，從洛克菲勒基金會為李方桂弄到了一筆基金，負責支付回國的全部旅費，并每月發(fā)給300美元的薪金，而這筆薪金是國內(nèi)任何教授都無法企及的。李方桂懷著驚喜接受了這筆慷慨的資助。