1652年，8岁的莱布尼茨被母亲送入尼古拉学校，开始正式上学。当时学校里开设的课程有拉丁文、希腊文、修辞学、算术、逻辑、音乐以及圣诗、路德教义等，由于莱布尼茨在上学之前已经有了较好的基础，因此在课堂学习中觉得十分轻松。同时，随着知识的不断增长，他对所学习的内容有着与其他同学不同的感受和收获，例如在阅读诗歌、逻辑学、历史著作时，他常常体验到一种特别愉快的感觉。而且，在学习中他往往独辟蹊径，有自己独特的学习方法。
直至19世纪早期，在欧洲的大多数欧洲学校里，拉丁语是一门非常重要的基础课程，能流利地读、写拉丁文是一位有教养的上层人士的基本素质，如同今日全世界的人以能读、写英语为荣一样。因此，学习拉丁语是正规学校教育的必修课程。刚入学时，莱布尼茨的拉丁文学得不太好，尤其是使用起来不甚流畅。他想：能否找到一种学好拉丁文的方法呢？
一天，他从自己的卧室里翻到了两本书，都与拉丁文有关，一本是古罗马学者李维（公元前59～17）用拉丁文写的《罗马史》，另一本则是当地莱比锡马斯教堂的音乐家、历史学家塞图斯·卡尔维苏斯编写的一部拉丁文历史学辞典。手捧着这两本书，莱布尼茨眼睛一亮。他一直对地理有着浓厚的兴趣，而又有拉丁文历史学辞典，这不正是学习历史和学习拉丁文的好方法吗？他借助卡尔维苏斯编的词典，饶有兴趣地学习李维的《罗马史》。开始阅读时，他在不懂的地方并不停下来没完没了地翻词典，而是转到能懂的地方去读，以免影响阅读的兴趣和连贯性；读完一部分后，再回过头来查辞典解决生词和不懂的地方。用这种方法，他反复地读，最后终于把整本书读完了。他又将全书的拉丁文生词等仔细记下、背熟。过了一段时间，他再重新将书翻出来阅读，反复数次，他终于将一部拉丁文《罗马史》从读不通到能渐渐明白，对其理解从知之甚少到差不多全部掌握。而且，他在阅读和理解这部书的过程中，一方面享受到了获得新知识的乐趣，同时拉丁文水平也有了极大的提高。
一次上拉丁文课时，他大胆地使用了自己阅读的著作中的拉丁文知识，令老师和同学们大吃一惊。大家没想到一向拉丁文学得不怎么突出的莱布尼茨能把握如此高深的内容。老师心存疑惑地问：“这些知识你是从哪儿学来的？”他如实相告，说自己依靠一部拉丁文历史辞典通读了李维的著作，并清楚而准确地讲述了书中的不少内容。
莱布尼茨的老师一方面为他的拉丁文水平有了显著提高而高兴，同时又认为李维所写的《罗马史》过于艰深，不适合像他这样年龄的孩子阅读。这位老师很懂得教育方式，并未将自己的担心直接对莱布尼茨讲，以免挫伤了孩子的进取心。老师找到莱布尼茨的家人，请他们注意不要过早地让他阅读学术性很深的著作，以免干扰正常功课的学习，建议他们最好让莱布尼茨多读一些为少年儿童撰写的基础入门书。
其实，莱布尼茨的家人一直很注意不让他过早地接触艰深的著作。当家人与他谈及不要将精力花在阅读像《罗马史》这样的著作时，莱布尼茨说李维的这部著作很适合他阅读，并不觉得困难。正好，一位邻居也在场，很支持莱布尼茨。这位邻居是一位“读万卷书，行万里路”的见多识广的有识之士，认为老师和家长不应该禁止莱布尼茨读那些能理解的著作，而应该因材施教，对能力超群的孩子要以多种方式支持、鼓励，哪怕孩子的行为只显示出很小的不平凡之处，也应该为孩子的成长创造条件，使孩子的能力从小就能得到充分的发展。
为了更深入地了解莱布尼茨的智力和知识水平，这位博学的邻居将他叫到自己家里，提了很多问题考这个不过10岁的小孩。邻居认为莱布尼茨思维敏捷，头脑十分灵活，所知晓的东西、理解知识的程度远远超过了10岁孩子的水平。于是，这位邻居与莱布尼茨家人商量，可以部分地向他开放父亲生前留下的藏书。
能够阅读父亲丰富的藏书，这一“礼物”使莱布尼茨高兴得跳了起来，这比送他任何玩具更让他兴奋。从开始识字、阅读时起，他就知道了许多伟大的学者，如柏拉图、亚里士多德、西塞罗、普林尼、色诺芬，但遗憾的是，他只知这些学者的大名，至多间接地了解了这些人的片言只语。他早就想，要能够直接阅读这些伟人的著作该多好！现在，他终于如愿以偿了。他看到父亲遗留下来的书籍中有那么多伟大学者的著作，欣喜若狂。
怀着强烈的求知欲和不可遏止的好奇心，莱布尼茨开始阅读古希腊、罗马时代伟大学者的著作。他常常为著作中博大精深的知识体系所折服，为大师们的宏论所倾倒，尽管他还是一个十岁左右的孩子，但依然抓紧时间努力学习。在他未满12岁时，已经熟读了古希腊、罗马的许多学者的著作，其中有一些是拉丁文原文。他受益匪浅，欧洲古典文化已经深深地影响和熏陶了他。他不仅哲学思考能力大增，语言能力也在突飞猛进；不但拉丁文的水平已相当高，而且希腊语的水平也大有长进，并能用希腊语写出流畅的短文。
随着不断阅读经典著作，莱布尼茨已不完全膜拜在古代学者的脚下，而开始与所崇拜的伟人对话。13岁时，他在思考了有关逻辑学的古典理论后，试图改进亚里士多德的范畴理论。亚里士多德（公元前384～前322）是人类历史上百科全书式的伟大学者，自古希腊以来备受推崇，在欧洲历史上的地位类似于中国文化中的孔子，尤其是欧洲中世纪将这位伟大的人物视为“圣人”。在逻辑学上，亚里士多德被尊为“逻辑科学之父”，一般人对其学说丝毫不敢提出任何异议。但莱布尼茨却敢于向权威挑战。在以亚里士多德的学说为基础的逻辑学中，简单概念被分成一定的等级——范畴。莱布尼茨提出了这样的问题：复合概念或一个陈述语句为什么不能被划分为不同的范畴呢？为什么它们不能按照一定的规则从其他的逻辑规则中推导出来呢？他把概念（复合）或陈述语句的这种等级称为见解的范畴，并认为它们也应该并且可以按照演绎推理的方式推导出来。莱布尼茨把自己的这一重要想法请老师回答，结果没有一位老师能给他以完满的解释，其实这也是他的老师回答不了的问题。不仅如此，老师们还劝说他现在不必去考虑这些过于深奥的问题，但他却没有停止思考这一类问题。当然，直到在数学、逻辑学方面成熟后，他才能真正探讨这些问题。不过，这的确成了他研究逻辑学的最早的源头。
一个少年思考高深的问题，引起了家长、老师们的忧虑，但莱布尼茨在思维方面的成熟，很快就打消了亲人们的担忧。他饶有兴致地探讨诸如范畴理论这些被今人仍视为抽象深奥的问题。关心他的人发现，这个少年的思维逻辑性很强，他没有成为书呆子，因为他不仅能不时提出一些学术性很强的问题，而且还能把一些抽象的哲学原理运用到现实生活的具体事情，分析生活中的事情也头头是道。
读的书多了，想的问题多了，莱布尼茨开始掌握一些切实有效的学习方法。为了记住所读书籍中的精彩内容，记下在读书过程中的问题和想法，他准备了许多小卡片，随身带着，遇有重要的内容马上记下。日积月累，还真不少，有些卡片竟保存至现在。
既爱好拉丁文的历史学专著，又喜欢思考逻辑、哲学方面的问题，莱布尼茨在学校里一定显得十分呆，像个“小老头”吧？一点也不，相反，他在学校里表现得很活泼，喜欢参加集体活动。他不仅对抽象、深奥的历史、哲学钟情，也爱好浪漫的诗歌。他从10岁起就尝试自己写诗，写得还很不错。
在圣诞节朗诵诗歌是一项传统仪式。这一年尼古拉学校把朗诵诗歌的光荣任务交给了莱布尼茨所在班的一名男孩。可就在圣诞节前几天，这个孩子病了，不能来上学。更糟糕的是，拟好的诗歌稿也在那个男孩手中，他带回家去了。当时交通不便，这个男孩住得很远，不可能很快取回稿子。没有诗歌底稿，别的学生都不敢承担这件事。正在大家焦急为难之际，莱布尼茨自告奋勇地担当起朗诵任务，并且说他将自己写出朗诵的诗歌。师生们都疑惑、紧张地看着他。莱布尼茨把自己关在房里，开始了诗歌创作。花了半天的时间，他写出了300行六言诗，令众人大吃一惊。大家争相一睹，发现他的诗合乎格律，朗朗上口，师生们无不拍手称好。在圣诞节的祈祷仪式上，莱布尼茨当众朗诵了自己创作的长诗，博得全校师生的好评。这对他的写作能力、口才和诗歌创作能力都是一次极好的考验，同学们对他也刮目相看，为他日后从事外交工作奠定了一定的基础。不仅如此，他在此后一段时间里，诗兴大发，沉浸在诗歌的吟诵、创作之中。
天资聪颖，勤奋努力，使莱布尼茨在学校里显得十分突出。他仅用6年的时间就学完了当时普通孩子10～12年才能学完的课程，而且还具备了从事研究工作的基本能力。