1915年徐悲鴻再次赴滬，在友人幫助下，在“暇余總會”（當時的賭場）壹隅借住，刻苦創作，同時到夜校學習法文。他畫了壹匹馬，寄給審美書館館長高劍父。其弟高奇峰十分贊賞他的畫藝。這時，徐悲鴻雖考取了震旦大學，但無錢進學，幸好得到高奇峰的資助。後又結識了康有為，得有機會觀摩康所收藏的碑帖。並在藝術觀 上也受到康有為的影響。1917年徐悲鴻赴日本東京研究美術，秋返北京，應蔡元培之邀任北京大學畫法研究會導師，並結識陳師曾。1919年赴法留學。在著名畫家達仰的畫室學習素描，1921年去德國，就學於畫家康普的畫室，次年歸巴黎。1925年經新加坡回國。第二年春，他再去巴黎，又赴比利時布魯塞爾臨畫，遊歷瑞士，意大利。
1927年回國後，歷任中央大學藝術系教授，上海南國藝術學院美術系主任，北平大學藝術學院院長等職。1933年攜中國近代繪畫作品赴法、德、比利時、意大利及蘇聯展覽。抗戰時期，將自己作品帶到南洋，印度等東南亞地區展覽，並將全部收入捐獻給祖國難民。
解放前夕，國民黨政府派飛機接徐悲鴻和壹批著名教授去南京，遭到徐悲鴻拒絕。解放後他被邀請為中國出席世界和平大會的代表，並任中央美術學院院長，並當選為全國文聯常務委員，全國政協代表和中華全國美術工作者協會主席。1952 年在病中，將自己壹生創作和全部珍藏作品捐獻國家。1953年病逝，只活了59歲。 國家為這位偉大的藝術家在北京建立了徐悲鴻紀念館，保存了他的壹千余件作品。他壹生創作作品達數千件，培養和發現了壹大批優秀的美術人才。
徐悲鴻擅長中國畫，油畫，尤精素描。他的畫作滿含激情，技巧極高。著名油畫有《溪我後》，《田橫五百士》，國畫有《九方臯》，《愚公移山》，《會師東京》等。最能反映徐悲鴻個性，表達他思想感情的莫過於他寫馬的畫卷。他對馬的肌肉，骨骼以及神情動態，作過長期的觀察研究，畫了數以千計的速寫。所以他畫 的馬圖筆墨酣暢，奔放處不狂狷，精微處不瑣屑，筋強骨壯，氣勢磅礴，形神俱足。另有壹些人物，獅，貓等題材作品，也是質優量大。他的繪畫創作堅持“師法造化，尋求真理”的原則。