Metaxas galt als erfolgreicher Schüler mit außerordentlicher Begabung für Mathematik. Er brach als 14-Jähriger die Schule ab und besuchte ab dem 24. September 1885 die Militärakademie in Athen. 1890 erreichte er den Rang des Unterleutnants, anschließend studierte er Maschinenbau, brach aber aufgrund seiner Berufung zum Generalleutnant ab. Während des Türkisch-Griechischen Krieges 1897 befreundete er sich mit dem deutschlandfreundlichen Thronfolger Konstantin I., der ihm ein Stipendium zum Studium in Deutschland vermittelte. Die freie Zeit während des Studiums nutzte Ioannis Metaxas zum Besuch zahlreicher Persönlichkeiten aus Politik, Wirtschaft und Militär sowie zum Besuch von Opern und Kunstausstellungen. Nach einigen kürzeren Beziehungen lebte er mit Margarethe zusammen, die er Grete nannte.