西方列强的“船坚炮利”时刻威胁着满清帝国。1874年5月，刚刚走上资本主义道路不久的日本，在美国的支持怂恿下，悍然派出两艘铁甲舰和3000名官兵入侵我国台湾。一向轻视这个东邻小国的清政府官员们无不为之震惊。他们认为日本胆敢如此猖獗，“正恃铁甲船为自雄之具”，而中国“防务未集，骤难用兵，均以彼等有此船，中国无此船为可虑之尤”，清政府急切希望创办一支近代的海军。为了解决人才和技术问题，清廷采取了重金聘请洋人作技术顾问和开办一些新式水师学堂的办法。但是，由于洋人瞧不起中国，不真心传授技术，加上所办的水师学堂质量不高，培养的人才仍不敷用，急需开辟育才的新途径。因而一些官吏就呼吁通过派留学生来解决问题。李鸿章也这样说，海军“为西国专门之学，非躬亲其事者不能尽悉”。派学生外出留学，“虽未必人人能成，亦可拨十得五，实于海防自强之基不无裨益”。于是，留学欧洲与创办近代海军紧密地联系在一起。
光绪元年(公元1875年)，沈葆桢派遣福建船厂学生魏瀚、陈兆翱、陈季同、刘步蟾、林泰曾等五人随同福州船政局技术监督、法国人日意格到法国参观学习。第二年，李鸿章派遣天津武弁卞长胜等七人随德国人李劢〔mai卖〕协赴德学习军事技术。这是中国学生到法、德两国学习的开端。 由于这些赴欧人员都是由清朝官吏所派遣，不是清政府正式派送的，所以留学生的监督以及他们的学习科目都没有一定的规章。到了光绪二年(公元1876年)十二月，李鸿章等人奏准派遣福建船厂学习制造的学生14名、艺徒4名、学驾驶的学生12名，由监督李凤苞和法国人日意格率领，加上随员马建忠、文案陈季同二人，前往英、法两国学习，开始了往欧洲正式派遣留学生。1881年11月，李鸿章奏准派遣北洋水师学堂和福州船政学堂学生黄庭、李芳荣等10人分赴法国、德国、英国三国留学，学习营造、枪炮、硝药、制造、鱼雷、驾驶等，这些学生在欧洲留学三年，均取得优异成绩。1886年3月，李鸿章、曾国荃奏准于北洋水师学堂及福州船政学堂学生中选取刘冠雄等34名优秀学生，由监督周懋琦率领赴英国、法国留学，学习测绘、驾驶、兵船、制造等。总的说来，清政府派赴欧洲的几批学生主要是学习海军方面的专门技术，他们回国后，大都成为中国海军、造船、航海或其他科学领域中的骨干力量。但是，由于清政府的腐败以及封建顽固守旧势力的破坏阻挠，洋务派派遣留学生的工作并未继续下去，自1886年以后，中断了10年没有续派，直到1896年才恢复了派遣留学生工作。这年9月，船政大臣裕禄奏请续选学生出洋留学。光绪二十三年(公元1897年)清廷从福州船政学堂挑选施恩孚等六人派赴法国学习制造新法，并委派江苏候补知府吴德章为监督。这批学生在法国学习了三年，由于经费困难，后撤回。这之后，1904年前后，北洋海军派出了40名左右青年前往英国海军学校、航海舰队、军事工厂学习驾驶、指挥和制造等专业。除了海军外，清政府及各省也相继派留学生赴欧留学。1903年，两江总督张之洞选取江南水师学堂毕业生八人去英国学习管轮和驾驶，又于陆师学堂选取八人赴德学习步、骑、炮、工等科。同年，湖北选24名青年前往比利时学习实业。1904年，山西曾专派20多名举人赴英学习法律、机械、冶金、地质等。据1910年统计，当时在英留学的人近150人。这一时期，京师大学堂译学馆、湖北、广东、广西等地也派人赴法留学。此外留德、留俄学生也有一定数额，所学科目均以理工军事为主。
为了加强对留欧学生的管理，光绪三十三年(公元1907年)，清政府派蒯光典为留欧学生监督，后由刁成章代理。1909年，清廷撤消了欧洲留学生监督，改由在各国分设监督，隶属于中国驻各国公使公署管辖之内。这些监督是：法国为王继曾，德国为江国珍，俄国为章祖申，比利时为高逸，英国为钱文远。后来清政府于宣统二年(公元1910年)三月十五日颁发了欧洲留学生监督处章程31条，分列总纲、权限、责任、管理条规、经费等五项，这样对于欧洲留学事务以及官、自费生的管理，始有定章可循。