西方列強的「船堅炮利」時刻威脅著滿清帝國。1874年5月，剛剛走上資本主義道路不久的日本，在美國的支持慫恿下，悍然派出兩艘鐵甲艦和3000名官兵入侵我國台灣。一向輕視這個東鄰小國的清政府官員們無不為之震驚。他們認為日本膽敢如此猖獗，「正恃鐵甲船為自雄之具」，而中國「防務未集，驟難用兵，均以彼等有此船，中國無此船為可慮之尤」，清政府急切希望創辦一支近代的海軍。為了解決人才和技術問題，清廷採取了重金聘請洋人作技術顧問和開辦一些新式水師學堂的辦法。但是，由於洋人瞧不起中國，不真心傳授技術，加上所辦的水師學堂質量不高，培養的人才仍不敷用，急需開闢育才的新途徑。因而一些官吏就呼籲通過派留學生來解決問題。李鴻章也這樣說，海軍「為西國專門之學，非躬親其事者不能盡悉」。派學生外出留學，「雖未必人人能成，亦可撥十得五，實于海防自強之基不無裨益」。於是，留學歐洲與創辦近代海軍緊密地聯繫在一起。
光緒元年(公元1875年)，沈葆楨派遣福建船廠學生魏瀚、陳兆翱、陳季同、劉步蟾、林泰曾等五人隨同福州船政局技術監督、法國人日意格到法國參觀學習。第二年，李鴻章派遣天津武弁卞長勝等七人隨德國人李勱〔mai賣〕協赴德學習軍事技術。這是中國學生到法、德兩國學習的開端。 由於這些赴歐人員都是由清朝官吏所派遣，不是清政府正式派送的，所以留學生的監督以及他們的學習科目都沒有一定的規章。到了光緒二年(公元1876年)十二月，李鴻章等人奏准派遣福建船廠學習製造的學生14名、藝徒4名、學駕駛的學生12名，由監督李鳳苞和法國人日意格率領，加上隨員馬建忠、文案陳季同二人，前往英、法兩國學習，開始了往歐洲正式派遣留學生。1881年11月，李鴻章奏准派遣北洋水師學堂和福州船政學堂學生黃庭、李芳榮等10人分赴法國、德國、英國三國留學，學習營造、槍炮、硝葯、製造、魚雷、駕駛等，這些學生在歐洲留學三年，均取得優異成績。1886年3月，李鴻章、曾國荃奏准於北洋水師學堂及福州船政學堂學生中選取劉冠雄等34名優秀學生，由監督周懋琦率領赴英國、法國留學，學習測繪、駕駛、兵船、製造等。總的說來，清政府派赴歐洲的幾批學生主要是學習海軍方面的專門技術，他們回國後，大都成為中國海軍、造船、航海或其他科學領域中的骨幹力量。但是，由於清政府的腐敗以及封建頑固守舊勢力的破壞阻撓，洋務派派遣留學生的工作並未繼續下去，自1886年以後，中斷了10年沒有續派，直到1896年才恢複了派遣留學生工作。這年9月，船政大臣裕祿奏請續選學生出洋留學。光緒二十三年(公元1897年)清廷從福州船政學堂挑選施恩孚等六人派赴法國學習製造新法，並委派江蘇候補知府吳德章為監督。這批學生在法國學習了三年，由於經費困難，後撤回。這之後，1904年前後，北洋海軍派出了40名左右青年前往英國海軍學校、航海艦隊、軍事工廠學習駕駛、指揮和製造等專業。除了海軍外，清政府及各省也相繼派留學生赴歐留學。1903年，兩江總督張之洞選取江南水師學堂畢業生八人去英國學習管輪和駕駛，又於陸師學堂選取八人赴德學習步、騎、炮、工等科。同年，湖北選24名青年前往比利時學習實業。1904年，山西曾專派20多名舉人赴英學習法律、機械、冶金、地質等。據1910年統計，當時在英留學的人近150人。這一時期，京師大學堂譯學館、湖北、廣東、廣西等地也派人赴法留學。此外留德、留俄學生也有一定數額，所學科目均以理工軍事為主。
為了加強對留歐學生的管理，光緒三十三年(公元1907年)，清政府派蒯光典為留歐學生監督，後由刁成章代理。1909年，清廷撤消了歐洲留學生監督，改由在各國分設監督，隸屬於中國駐各國公使公署管轄之內。這些監督是：法國為王繼曾，德國為江國珍，俄國為章祖申，比利時為高逸，英國為錢文遠。後來清政府於宣統二年(公元1910年)三月十五日頒發了歐洲留學生監督處章程31條，分列總綱、許可權、責任、管理條規、經費等五項，這樣對於歐洲留學事務以及官、自費生的管理，始有定章可循。