1872年（同治十一年）到1875年（光绪元年）间，清政府曾先后4次派遣学生赴美留学，每批30人，共计120人。
当时的留学生有两大特点，第一是学习时间长（15年），故留学生的年纪只是10至16岁；第二是留学生几乎全是江苏、浙江、福建、广东一带的平民子弟，没有一个皇室贵族的后代。其原因是当时中国尚在闭关自守，达官贵人对外国情况不甚了解，不敢贸然让自己的子弟出国冒险，再加上“尚未出洋之先，学生之父兄须签名于志愿书，书中载明志愿听其子弟出洋留学15年，15年中，如有疾病死亡及意外灾害，政府皆不负责”（容闳《西学东渐记》）。这也是早期的留学生与今日的留学生所不同的地方。
此外，早期留美学生所修习的课程也比较集中。他们专修法律的约占1/3，其他如铁路、矿山、工程、机器等约占2/3。留学生的总监督是陈兰彬（翰林、刑部主事），副监督是容闳。这些留学生学习刻苦，在校成绩优秀。
可惜的是，这些留学生除了詹天佑一人上完大学外，其余皆未能完成全部学业。原来他们在学习西方科学技术的同时，也受到西方政治、文化及信仰等方面的影响，其中少数学生信奉了基督教；有人公然剪去了辫子；还有些人想要仿效美国的社会制度。如此种种，皆令清政府甚为恐慌，最后下令全体留学生回国。1881年夏天，全体留学生撤回国内，他们后来从事外交工作的有31人，海军和航运的有28人，电报事业有18人，铁路事业有16人，矿务、商业、医疗、教育等共二十多人，都做出了很大的贡献。