周恩来15岁时决心反抗他那没有家长的家庭，开始自己负责自己的教育。没有了父亲，而且他的伯父们分家离开了，1913年，周恩来在沈阳坚持自己选择中学。他第一个想进的是北京的清华堂，但周恩来在英语口试中失败了。这倒不是他的过失，因为学校执行一项地区标准，以便使投考者有一个平均的分配，而且同来自长江三角洲地区雄心勃勃的资产阶级的竞争加倍尖锐。虽然他的家庭对这一结果并不感到失望，但是他自己却深受刺激。他知道他的雄心不满足于一所传统的学校。
周恩来的第二个选择是天津的南开学堂，它也是美国主办的，以反潮流而著称，这引起他的父亲和伯父们的不安。但是既然已经通过了入学考试，他不顾长辈们的反对而报到注册。
天津是一个古老的工业城市和商埠，对于中国未来的完整充满了现实教训，包括一大批外国人口，住在中国法律不能管辖的地区，叫做“租界”。
1913年的夏末，周恩来去天津住在他四婶的家中，并到南开注册。他小时候教他古文的老师写了一首“志周恩来南归”的诗，来庆祝这一事件。
南开是开明的，它对待学生和他们的思想甚至是民主的，但学业标准是非常良好的，考试是严格的。校长鼓励学生按照他们自己的想法发展自己。他同情周恩来要独立的愿望。直到这时，周恩来仍旧依靠他在沈阳的伯父的经济支持，但后者的收入已经枯竭，而学校的费用昂贵。在天津，他在空闲时必须做工，为学校抄写或刻蜡版等，以便挣点钱。
周恩来当时只有一件蓝布大褂，他每个星期天洗一洗，过一夜干了之后，下星期再穿上它上学。
按照他入学考试的成绩，他应进入第5班。但是由于他的良好背景和他给人的印象，学校允许他直接进入第4班。当他第一次走进教室时，唯一的空位子是挨着一位姓吴的高大学生，他不得不同他合用一张桌子。
周恩来同吴形成深厚的友谊，他们一起会聚几个人成为6个盟兄弟。另外一个伙伴是全校最好的学生之一，他叫马骏，是回族，后来同周恩来密切合作，成为天津早期的共产党员。
但是，使他在南开走向进步的中心人物不是哪个学生，而是校长张伯苓。这位杰出的现代教育家几乎从一开始就对他倍加关注。他看出这个学生的才能，看到他一再把需要两小时的作文在不到一小时内就写完了。不顾政治观点不同，在他们中间产生了相互爱慕的尊敬。由于在童年时一再遇到不满意的父辈人物，周恩来把这位校长看作威信和教导的坚实源泉，以至于在初离学校时，他选择学校教育工作做为他的事业。
在南开的第一年，周恩来写了一篇文章，敦促学生要为中国的未来肩负责任，并为此做出最艰苦的努力——这是一种清教徒精神加上爱国热情的产物，这就是他的标志。他加入了“演说会”，并参加同其他学校的辩论。为取得所有这些成就，他经常在其他同学入睡之后工作到深夜。
校长张伯苓的一项新鲜的热忱工作是话剧，他很快就吸收周恩来参加学校的舞台演出。不平常的是，经常由学生演员临时拼凑演出的戏剧不仅是为了娱乐，而且是为了教育人。内容旨在使观众了解民主、科学思想，从旧传统中解放妇女以及破除迷信等问题。
他们正试图——但尚未能做到——打破的一项封建习俗，就是妇女不能同男人同台演出。如同在莎士比亚时代的英国一样，需要男孩子自愿演女角。由于周恩来清秀的面貌，他的尖细的嗓音，以及他的魅力和文静，他显然是这种角色的候选人。一旦自愿承担了一次，就成为一项惯例：他总是扮演女角，在《傀儡家庭》中演娜拉，以及在《一元钱》、《一念差》和《新村正》中演本国的女性角色。
他的表演获得高度赞扬，他自豪地说，当《一元钱》1915年从南开“移”到北京时，曾经轰动一时。由于他演的女性角色，他甚至收到戏迷的来信。他是这样的英俊，如果他的演技和兴趣把他吸引到这方面来，他可以成为一位电影明星。
1914年初，周恩来和两个朋友创建了一个课外学习的新组织，叫做“敬业乐群会”。用意在于补充课程上的不足，办法是交换书籍，组织演讲和讨论会，鼓励人们在社交中交朋友——这是他自己仍然感到腼腆的事。在这个会的主持下，他帮助那些比他自己更文弱和更腼腆的学生，从而提高了他自己的社交信心。
学会出版一种每半年一期的刊物叫做《敬业》，最初出了6期，他以笔名“恩来”、“翔宇”、“飞飞”写了许多文章。攻击中国腐朽封建社会的精神支柱孔孟之道。1914年，同样在这个刊物上他开始了作为一个诗人的小小事业，发表了：
春日偶成
极目青郊外，樱花红陌生，
烟霾布正浓。柳叶绿池边，
中原方逐鹿，燕子声声里，
博浪踵相踪。相思又一年。
这些古典的暗示含义深刻，只有中国的文人能了解这两首诗。“逐鹿”常常是指争取国家或个人最高权力的战争，“博浪”则是18世纪以前，一个爱国者试图刺杀一个外国皇帝的地方。周恩来的诗是形象地挥拳反对封建军阀政府和袁世凯的独裁统治。
在从事所有这些知识和文字工作的同时，周恩来没有忽略他的身体。他常在每天清晨跑步，下课之后还要做些体育运动。他曾在一次跳高中获得第三名，任班篮球队队长，并且在排球赛中代表全班——但从未通过5英里长跑的标准。
他继续在作文比赛中获胜，包括在三年级时一次全校的比赛，同高年级学生竞赛，结果在800名学生中获得优胜。使教员印象深刻的是，他总是一次就写出定稿，从不费事预先起草。
同时，他在课外阅读越来越多的革命小册子。他欣赏一份上海的激进报纸和相当民主的天津《大公报》。他已经熟悉孟德斯鸠的著作，并用心阅读了几位英国作家的书。
所有这些都是在晚上和周末干的，由于当时没有可以向外借书的图书馆，他必须用吃穿省下来的钱购买他所需要的书。有一次他在一个书店里看见一部司马迁的《史记》，马上就用吃饭的钱买了下来。回到学生宿舍后，他爱不释手，还把其中的一些故事描述给别的同学听，使他们也发生了兴趣。
那时他读了许多中国历史，还有亚当·斯密的著作。他从1915年第一期起就订阅了北京的《新青年》杂志。他开始为学生报纸写文章，论述新学、民主和科学，要求教育改革。
他和他的朋友们经常谈论中国的大事，嗅到革命的气息。在这些场合周恩来常作热情奔放的讲话。1915年当总统袁世凯准备接受由军事上强大的日本提出的赤裸裸的侵略性的《二十一条》时，他在当地公园里发表了一次演说，对中国的民族屈辱提出强烈的抗议。第二年当袁称帝时，他又做了一次愤怒的声讨。
孙逸仙，作为反对当时正在中国到处猖獗的旧势力的唯一严肃的现代代表，为年轻一代反对旧制度的愤怒提供了一个中心。周恩来同其他成千上万的人一样，受到了孙博士的国民党的影响。
为了掌握演讲的艺术，周恩来在他组成的学会中进行练习，后来成为南开辩论队的队长，同其他天津学校成功地进行了比赛。
1916年5月，在一次作文比赛中他再次代表全班，写了一篇文章怒斥反动军阀政府，以中外历史为证，并从唯物主义的观点进行有力地论证。文章的结尾写道：“可以一时欺骗部分人民，但不能长久欺骗全部人民。”他的文章得了奖，评判在他的证书上写道：“能消化所读和所学，能理解并掌握其要点。”
1916年9月袁世凯逝世，军阀们会商由他们瓜分中国。周恩来在南开所喜爱的一位老师写了一首诗，哀叹国家的命运。周恩来和了一首政治评论短诗：
茫茫大地起风云，
举国昏沉岂足云，
最是伤心秋又到，
虫声唧唧不堪闻。
在1917的的毕业生报告中，记载着他在文学和艺术考试中名列全校第一，甚至科学也是优，数学为佳，并常在课外有自己的想法。甚至还提到他的书法。他于1917年6月26日毕业，平均分数为89.72.
