1672年3月，莱布尼茨抵达当时欧洲政治、文化的重要中心的巴黎。当然，他的外交官身份只是一名随员。他怀着热切的希望，想在巴黎施展抱负，既能完成政治外交使命，又能结识巴黎知识界的名流大师，促进他的学术发展。
然而，事不遂人愿。自从来到巴黎后，虽经多方努力，莱布尼茨不仅未能找到机会向法国国王路易十四献上征服埃及的计划，甚至连见上这位国王一面的机会也没有，而且他终身也未能见到法国国王，他的这次外交活动最后以失败而告终。
虽然他的政治外交使命未成功完成，但是却在其他方面取得了巨大的成功。莱布尼茨刚到巴黎时，由于在政治事务上花了很多精力，再加上他必须首先掌握当时欧洲外交与文化交流的通用语言——法语，因此在开始的好几个月时间里，他都没有多少时间去与法国文化界人士交往。直到1672年下半年才在巴黎开始了自己新的学术生涯。
1672年秋，莱布尼茨开始有机会结识了在科学史上占有重要地位的卓越的荷兰学者惠更斯（1629～1695）。正是通过向惠更斯学习，他认识到了数学的重要性和自己在数学方面的不足，并进而树立了从事数学研究的信心。在惠更斯的指导下，他沉浸于数学研究之中，产生了许多新的数学观念，进行了一系列创造性的数学研究工作。在巴黎的4年时间里，莱布尼茨已从一位基本上跟不上当时数学潮流的学者成长为一位成熟的、一流的数学家。
他还广泛地结交其他知识界名流，如著名的哲学家阿尔诺（1612～1694）、勒伯朗士（1638～1715）；接触到对他来说非常先进的科学、哲学和数学知识。他发现自己以前真像是一只井底之蛙，现在只有通过努力学习才能弥补自己的不足。这使他在以后的时间里，总是不放过任何机会学习和了解一切知识的机会。
在寻求各种知识的过程中，莱布尼茨下了许多苦功夫。他曾花了相当长的时间、费了许多周折，探寻法国两位伟大的学者、数学家、哲学家帕斯卡（1623～1662）与笛卡儿（1596～1650）未曾发表的著作。为此，他曾多次走访这两位学者的朋友、亲属，而且笛卡儿的一些著作只是通过莱布尼茨的手抄本才得以保存下来，如笛卡儿写于1628年的《指导我们心智的规则》一书于1701年在荷兰阿姆斯特丹出版时，所依据的正是德国汉诺威图书馆中莱布尼茨的手抄本。通过对帕斯卡、笛卡儿著作深入地学习和带有批判性的研究，莱布尼茨为后来创立自己的哲学体系奠定了坚实的基础。
从1672年3月开始，由于在外交上未取得进展，莱布尼茨未免为自己继续留在巴黎的生计暗暗担心，光拿钱不干事可不太好，而他又希望能在巴黎多呆一些时间。正在这时，1672年11月16日，博伊内堡男爵的儿子菲利普·威廉来到巴黎。男爵要求莱布尼茨在继续从事外交活动的同时，照管菲利普·威廉在巴黎完成学业。这样，莱布尼茨可以继续得到选帝侯和男爵在钱财上的支持，而且继续享有官方外交人员的待遇，生计总算有了着落。虽然1672年12月他的庇护人之一的博伊内堡男爵去世了，但美因茨选帝侯也是他的庇护人，而且选帝侯是男爵的亲戚，莱布尼茨仍负责照顾菲利普·威廉，这使他在巴黎刚开始的学术生涯得以继续。
1673年1月，为了促进英国与荷兰之间的和解，他前往伦敦进行外交斡旋，就如同今日在争议双方进行和平努力的国际调解人一样。这一外交努力也未取得任何结果。
虽然外交工作以失败而告终，但第一次伦敦之行却使莱布尼茨在学术上受益匪浅。他与英国学术界建立了广泛的联系，尤其是与英国皇家学会的著名学者进行了直接交往。这对他的科学创造、科学思想的发展具有非常重要的意义。
一到伦敦，莱布尼茨就拜会了通信已近三年而未谋面的英国皇家学会秘书奥尔登堡（约1618～1677）。奥尔登堡对他进入英国学术界起了关键作用。早在1671年，奥尔登堡在意见不一致的情况下，在伦敦出版了莱布尼茨提交给皇家学会的《物理学新假说》，这使莱布尼茨十分感激，也使他人未至伦敦而已为一些学者所知晓了。的确，奥尔登堡作为最著名的早期科技管理专家，为像莱布尼茨这样的科技大师的成长发挥了作用。
奥尔登堡出生于德意志的不来梅。这也许是莱布尼茨受到关照的原因之一，因为当时德意志能有像他这样的学者实属不易。1639年奥尔登堡在不来梅获得硕士学位，后又在荷兰的乌德勒支大学学习，在1653年抵达英国，很快结识了英国的著名学者，翻译了波义耳（1627～1691）的著作，并在英国发起组织科学团体，在1662年关于成立英国皇家学会的第一份特许状中，被指定为其中两名秘书之一。在为英国皇家学会服务的15年中，奥尔登堡创立了皇家学会的科学管理体系，建立了完整的会议记录制度，创造了科学家之间通过书信交流成果的国际通讯方式，由皇家学会作为中介。显然莱布尼茨得益于这种形式，在近代科学的早期，科技期刊尚未出现的时期，这不失为一种有效的方式。尤其是1665年，奥尔登堡创办了在近代科技史上极有影响的英国皇家学会《哲学会刊》，这是第一份纯科学期刊，内容既有正式的科学论文，许多早期重要的科学成果即发表于此刊物，又有短篇的科技进展、书评、学术动态等内容，这一刊物成了英国和欧洲大陆科学交流的重要媒介。
通过奥尔登堡，莱布尼茨结识了波义耳、胡克（1638～1703）、佩尔（1611～1685）等英国重要学者。奥尔登堡热情地把这位年轻的德国学者介绍给英国学术界的学者，邀请他出席英国皇家学会会议，帮助他在英国寻找各种重要的科学文献，使莱布尼茨很快熟悉了当时处于前沿领域的研究课题。这对他的数学创造尤其起了促进作用。
在英国皇家学会的学术会议上，莱布尼茨的两项工作受到了英国学者的检验。其一是他撰写的《具体运动的理论》一文。在讨论这篇论文时，大家只是礼貌性地表示欢迎。这篇论文的水平的确不高；另一项则是他随身携带的一个演算器模型，这可以看作是一个简单的计算机。早在未去法国之前，莱布尼茨就制作了这样一个能进行加法、乘法运算的计算器械。他这次由法国来英国携带的正是他在德国制造的机械计算器的原型。他在英国皇家学会展示了这个计算器，受到了不少学者的关注。不过，由于胡克、莫兰等也在致力于制造计算器，因此对莱布尼茨的计算器不屑一顾。奥尔登堡极力从中协调，安排他与莫兰见面，相互切磋。大多数学者对莱布尼茨的计算器还是给予了很高的评价，奥尔登堡则鼓励他继续进行研制。后来，莱布尼茨在计算器的研究方面取得了突破，被20世纪的学者们认为是计算机科学的重要先驱之一。
与数学家佩尔的接触，也在一定程度上促进了他的数学知识的更新与数学研究水平的提高，同时他的数学水平也给英国学者留下了较深的印象。但是，他在对伦敦的第一次访问期间未能对英国的数学家在数学创造方面的新成果、新思想给予充分的重视。
参加了1673年1月29日的皇家学会会议后，奥尔登堡本来安排莱布尼茨出席1673年2月5日的皇家学会学术会议，但考虑到在机械计算器上有些英国学者对他的态度，奥尔登堡决定作罢。令莱布尼茨高兴的是，奥尔登堡表示愿意为他成为英国皇家学会会员而尽力。
在伦敦的外交工作告一段落后，莱布尼茨回到了巴黎。不久，奥尔登堡来信正式告之莱布尼茨，他已被推荐成为英国皇家学会会员。
这一时期，莱布尼茨的研究兴趣越来越明显地朝向数学和自然科学，而且出现了一系列卓越的思想，并做出了一些重要的成果。正如一位数学史家所指出的那样，莱布尼茨“不能在计算机器方面投入过多的热情，因为他突然发现，许多的数学思想已经占住了那富有创造性的头脑”。
莱布尼茨的庇护人博伊内堡男爵和美因茨选帝侯的先后辞世，使他失去了作为外交官的职位和薪金，而仅仅靠在巴黎担任男爵儿子菲利普·威廉的家庭教师的微薄收入，是难以维持生计的。
1673年3月回到巴黎后，年仅28岁的莱布尼茨尽管被人认为才华横溢，是一个难得的天才，可是他却为生计而发愁。他曾多方设法，企图谋求外交官的职位，或者在巴黎科学院谋职，而且他在法国的朋友也为他四处奔波，为他争取法国皇家学院讲座教授的职位，以使他能得到法国国王年金，并继续留在巴黎从事研究工作，可惜这些努力都以失败而告终。
天无绝人之路。1673年4月25日，汉诺威公爵约翰·弗里德里希（1625～1679）致函莱布尼茨，邀请他担任公爵府法律顾问兼汉诺威图书馆馆长，年薪为400塔勒（Thaler）。莱布尼茨并未马上接受这一邀请，因为他十分留恋巴黎。这倒不是因为巴黎的物质生活，而是因为他在巴黎呼吸到了当时1塔勒约合3马克。
德意志不可能有的学术空气，他所热爱的是巴黎的学术研究环境。然而，多方求职均未成功。不得已，莱布尼茨接受了汉诺威公爵的邀请，并约定1676年正式赴汉诺威上任。
在努力寻求留在巴黎的同时，莱布尼茨抓紧时间学习和进行研究工作，尤其是在数学创造方面和计算机器的研制方面。1675年1月，他向巴黎科学院呈送了手摇乘法演变器。1674年秋，通过与数学家奥扎南（1640～1718）的交往，他开始了代数学的研究。更重要的是，他在这一时期对笛卡儿的解析几何、瓦里士等人在无穷小方面的研究有了深入的了解，并且开始萌发了与微积分有关的数学思想，奠定了他创立微积分的重要基础。
莱布尼茨在巴黎的日子里，对机械设计也有浓厚的兴趣，提出了一系列技术设计的新思想，并制作了一些机械模型。
由于一直想能留在巴黎，在原定1676年1月起正式到汉诺威任职的期限终了时，莱布尼茨仍在巴黎。于是汉诺威公爵于1676年3月又来函催促他尽快赴任。此时的莱布尼茨不仅面临无经济收入的困境，而且由于研制计算器模型等花了不少钱，已经欠下了一身重债。在这样的情况下，莱布尼茨不得不在1676年10月离开了巴黎。
莱布尼茨并没有径直立即回国，而是在旅途中作了一系列学术访问和游历。两个星期后，莱布尼茨抵达伦敦。这是他对伦敦的第二次访问。
一到伦敦，他首先拜访了奥尔登堡。虽然莱布尼茨不谙世故，在上次访问伦敦时，奥尔登堡对莱布尼茨待若亲人，尤其是为他当选英国皇家学会会员东奔西跑，当胡克等人对他的论文、计算器挑剔时，又是奥尔登堡多方协调，但他回到巴黎后，居然在给对方的信中对奥尔登堡的努力和热情接待没作什么表示，这是不近情理的。但是，奥尔登堡并不计较这些，依然对这位德国年轻学者十分热情。当时，英国皇家学会在暑期休假后尚未聚会，大部分数学学者都在忙着各自的事情，但奥尔登堡仍安排莱布尼茨与英国著名的数学家柯林斯（1625～1683）会晤。莱布尼茨后来不止一次地说过，他的数学通用语言思想起源于他第二次访问伦敦期间，曾受到柯林斯的一些影响。柯林斯本人的数学工作也对莱布尼茨产生了一定的影响。
1676年，通过奥尔登堡，两位伟大的学者——牛顿与莱布尼茨有了学术通信联系。在第二次访问伦敦期间，虽然他未能与牛顿见面，但通过柯林斯，他了解到牛顿与格利高里（1638～1675）的一些工作。这对于微积分的创立产生了一定的影响，同时也由此引发了为争夺微积分发明的优先权，拥护牛顿的英国数学家与拥护莱布尼茨的欧洲大陆数学家之间长达百余年的笔墨官司和充满感情色彩的争吵。
在伦敦作短暂而有意义的停留后，莱布尼茨继续旅行。在荷兰，莱布尼茨见到了列文虎克（1632～1773），不久前，列文虎克使用显微镜第一次观察到细菌、原生动物和精子。莱布尼茨对这一发现表现出浓厚兴趣。从他的单子论哲学和有机论自然观可见列文虎克对他的影响。
在荷兰，他结识了一些重要的学者。莱布尼茨在阿姆斯特丹会晤了荷兰数学家赫德（1628～1704），这位数学家在1654年至1663年间做出了一系列较重要的数学研究成果，而在与莱布尼茨会晤的时候，主要精力则放在阿姆斯特丹的市政管理方面。莱布尼茨从赫德的谈话中受益匪浅，尤其是他注意到赫德有许多未发表的数学著作，令他十分高兴。
莱布尼茨在荷兰的海牙见到了著名哲学家斯宾诺莎（1632～1677）。当时斯宾诺莎正患肺结核，病情危急，但依然满足了他的要求。他不仅接见了这位年轻学者，而且将自己未发表的重要数学论证体裁的哲学著作《伦理学》手稿给他看，还对一系列哲学问题进行了4天热烈的讨论。这一次会晤对莱布尼茨的影响较大。他在伦理学方面的许多观点后来都秉承了斯宾诺莎的思想，而斯宾诺莎以几何学方式阐述了哲学体系则使他更加坚信毕达哥拉斯—
柏拉图主义。
1676年11月底，莱布尼茨抵达德意志汉诺威定居。莱布尼茨时年30岁。
在法国的4年（包括两次访问伦敦和在荷兰的游历），对莱布尼茨一生的哲学、数学和科学创造产生了决定性的影响。通过广泛结识英国、法国、荷兰等欧洲最杰出的学者，广泛了解和学习欧洲学者的数学、科学和哲学，他开阔了眼界，活跃了思想，为自己的学术创造打下了坚实的基础，尤其是使他在数学上由一位不甚成熟的新手开始走向成熟，并作出了杰出的贡献。同时，莱布尼茨熟练地掌握了法语，这为他在以后的著述大都用法文写作，从而使其科学、哲学、数学研究能更快、更广泛地为欧洲学者所了解。
的确，从法国回到德意志的年轻的莱布尼茨，已成长为一位具有广泛国际影响的数学家、科学家。他在法国、英国的影响甚至超过他的故乡德意志。