京都帝国大学医学部，原本堀内次雄还想为他争取公费，可是杜聪明不愿受到契约束缚，就放弃公费的机会，决定自费。他在京都大学研究药理学、内科学。1922年（大正11年）升任医学专门学校教授。1922年5月20日与林双随（1901-1968年4月4日，望族雾峰林家之女）结婚，同年12月16日得京都帝国大学医学博士学位，是台湾史上荣获博士学位的第一人，以及医学博士学位的第一人（第二人是留学德国的台南人王受禄）。也是首位得到日本帝国大学医学博士的日本殖民地（本岛；非内地）人士。1928年于《台湾民报》发表〈关于