张学良17岁以前受的是私塾教育，自从听了南开大学校长张伯苓在奉天基督教青年会的演讲后，乃立誓本个人之良心，尽个人之能力，努力救中国。
救国先救人，救人必学医，以洗“东亚病夫之辱”。当年奉天有个南满医科大学，张学良的一个朋友在那里读书，他经常去玩，对南满医大特熟悉，很想到那里读医学，张作霖不同意，也不明说。他希望儿子学军，也不明说。张学良无奈，跟一位美国朋友说了自己的心思，想到美国学医，这位朋友很支持他，对他说：“你到美国后，我给你介绍到一个信教的家庭，你住在那儿，每天给人家擦擦玻璃，扫扫地，人家会免掉你的房租，并会多方支持你。”张学良要出国，需要学好英文，也需学好数学、物理和化学等。他与陈英很熟，此人是德国留学生，担任过奉天测量局局长和测量学校校长。他教张学良学习数学、物理、化学。
为到美国学医，张学良借了70美元买了一张三等舱的船票，打算偷偷跑到美国去，与父亲不辞而别。陈英知道后，对张学良说：“你真是傻呼呼的，太不懂事了，干嘛要与你爸爸作对啊。他那么喜欢你，你若偷偷跑了，他会难过的，为什么要这样伤他的心啊！你为啥不顺着他呢？”张学良说：“我要学医，他不让我学，偏要我学军，我不愿干那种玩艺儿。”陈英说：“你就对他说，我愿学军，他肯定高兴。你说到美国学军，他会更高兴。你到了美国，愿学啥就学啥，他还管得着你呀！”张学良恍然大悟：“这个办法好！”于是，一次当着五夫人的面，他向其父表示，愿意学军。张作霖一听，既喜悦，又觉得奇怪。他对五夫人说：“小六子怎么主动提出学军？算了吧，他这么自由散漫，不服管教，进了军校干几天不干了，给我丢人，我怎么办？”张学良就怕人家说他不行。他对父亲说：“如果人家都干不了，那我也干不了，不算什么。如果人家都能干得了，而我干不了，那是我的事，请你放心，我一定干好！”张作霖兴奋地说：“那好，由你五妈作保，如果你能坚持到毕业，不出军校我就让你当营长！”张作霖立即将此事电告陆军部长段之贵，于是张学良同另外四位同学（因军校考试已过，尚未放榜），一起到京补考。此次考试极为滑稽，他们五人到京向段部长报到，部长立刻下手谕给军学司长，此五人必须录取，在考试中，不但把试题先给他们看，有的就连原答案都一齐交给他们，他们不过照抄而已。录取之后分发奉天入伍，在入伍期间，奉天为训练在职军官，重新开办东北讲武堂。张作霖兼任堂长，熙洽为教育长。张学良就近入学，成为东北讲武堂的第一期学员，学习炮科。
学习期间，张学良成绩优良，三个月连考三个第一，期末又考第一，引起轰动，大家认为他是张作霖之子，肯定与出题老师有勾结。为此，时任讲武堂教育长的熙洽，有一天突然到张学良的那个教室，让学生们对调座位，彼此分开，当堂出了四道题，（其中一题是张学良没学过的）重新考试。结果只有张学良一个人都答全了。熙洽当场宣布：“你们看，你们谁都没有答全，只有张学良答全了。这说明他没有作弊。”
从此，张学良在讲武堂有了名气。师生对他过去考第一的真实性不再怀疑。鉴于此，张作霖兑现了当初的诺言，没毕业，就让张学良当上了少校队长。张学良后来说过：“我考的好，并非有特殊本事，而是因为当时学员绝大多数都是行伍出身，大字不识几个，相比之下，我受的教育要比他们多的多。”张学良的记忆力，确实非同一般。在讲武堂时，他对同班陈姓同学说：“咱们全体同级生的姓名、字、籍贯，我都知道。”陈说：“我不信。”张说：“不信，你问问看。”于是，陈一一问张。张全答对了。要知道记住300多名讲武堂同级生的姓名、字、籍贯，并非易事，但张学良做到了。
张学良在卫队旅当团长时，其部下的赵营长年龄偏大，当年他常抱张学良玩儿。他表面上服从张的命令，背地里也说过张学良小时候的事，但总认为张学良是小孩。张学良对赵营长的所作所为很生气。夏天军训时，张学良站在操场上严肃地说：“赵营长，我可要告诉你，你要再说过去那些事，嬉皮笑脸地逗我，我就要罚你，现在我是你的团长，必须真正服从命令听指挥，否则，决不客气！”数十年后张学良对晚辈谈起赵营长时说：“赵营长可是个好人，在战争中牺牲了，直到现在我还很思念他。”
张学良凭着自己的聪明才智，渊博学识，以及军人的优秀品质和战功，加之出身特殊，19岁当团长，20岁任少将旅长，25岁任中将师长，28岁担任东北边防军司令长官，30岁荣升中华民国陆海空副司令，34岁授陆军一级上将，可谓青云直上，声威显赫。难怪世人称之为“少帅”。
1990年，张学良在与记者谈及学军一事时说：“我父亲希望我能在政治或军事方面成为他的继承人。当时，我做梦都没想到当军人。现在说起来是个笑话，我希望学医，成为救人的医生，结果成了杀人的军人。”
