联军之役中惨败，清廷由曾国藩、李鸿章等人推动下，开始了洋务运动。洋务运动期间，清廷亦决定「派童赴美」，以吸收西洋知识。于是，清政府代表容闳便来港访寻学童。由于周寿臣在港已经接触西学，因此被容闳选为第三批大清留美幼童之一，同时被选中的还有唐绍仪、詹天佑、梁如浩等人。1874年，周寿臣等人便到达美国并获安排进入温斯第小学（"Winsted Local Grammer School"） 唸书。1年后，周寿臣从温斯第小学毕业，并于同年9月入读菲立斯学院。留美幼童由于已经融入当地社会，开始剪去辫子，部分更信奉基督教。