1929年春天，陈独秀的外甥吴继严从莫斯科东方大学回国，向陈独秀介绍了托洛茨基。之后，陈又读到了托洛茨基有关中国革命的一系列文稿，发现托氏的观点与自己的某些观点不谋而合，通过与尹宽、彭述之、江泽楷等人反复讨论。大约经过三四个月的思考，到这年秋天，陈独秀基本上接受了托洛茨基主义。
陈独秀早年参加了革命党的暗杀团，但12年后的1917年，陈在《论暗杀》一文中批评，从事暗杀活动的人“只看见个人，不看见社会与阶级；暗杀所得之结果，不但不能建设社会的善阶级的善，去掉社会的恶阶级的恶，而且引导群众心理，以为个人的力量可以造成社会的善阶级的善，可以造成社会的恶阶级的恶，可以去掉社会的恶阶级的恶，此种个人的倾向，足以使群众的社会观念、阶级觉悟日就湮灭。因此，……我敢说暗杀只是一种个人浪漫的奇迹，不是科学的革命运动，科学的革命运动，必须是民众的阶级的社会的。”
陈独秀与参加考试时认识的皖省维新派人士汪希颜、汪孟邹等人交往密切，“谈康先生及其徒梁任公之文章，始恍然于域外之政教学术，灿然可观，茅塞顿开，觉昨非而今是”；并与“一辈后生小子”，对康有为受到的攻击，“愤不能平，恒于广座中为康先生辩护”，遂被乡里瞀儒指“为康党，为孔教罪人，侧目而远之”。
在日本留学的陈独秀与革命党人邹容、张继等人交往，渐渐趋向革命。
晚年，陈独秀在给友人郑学稼的一封信中说：“列（宁）托（洛茨基）之见解，在本国不合，在俄国及西欧又何尝正确？弟主张重新估定布尔什维克的理论以及其人物之价值，……在我自己则已估定他们的价值。我认为纳粹是普鲁士与布尔什维克之混合物。……鄙见很难得人赞同。读来书‘布尔什维克与法西斯为孪生儿’之说，不禁拍掌大悦！弟久拟写一册《俄国革命的教训》，将我辈以前的见解彻底推翻。”
陈独秀还对邓仲纯说：“冯玉祥倒过袁世凯，杀过吴佩孚的回马枪，囚禁过曹锟，驱逐过傅作义，反过蒋介石，人称倒戈将军。我和这位将军有些类似，一生就会作反对派，从反满清一直到反蒋介石。”
1949年4月14日，胡适离开大陆时，在太平洋一只船上为《陈独秀的最后论文和书信》一书写了“序言”，称陈的这些“独立思想”“实在是他大觉大悟的见解”，并将该书书名改为《陈独秀最后对于民主政治的见解（论文和书信）》。
少时，陈独秀在南京参加乡试。考场中，一位来自徐州的大胖子考生，将一条大辫子盘在头顶上，全身一丝不挂，脚踏一双破鞋，手里捧着考卷，在如火的长巷中走来走去，边走边将脑袋左右摇晃着，拖长着怪声念他那得意的文章，念到最得意处，用力一拍大腿，跷起大拇指叫道：“好！今科必中！”这个近乎发疯的考生给陈留下了深刻的印象。
陈独秀后来说：“这位‘今科必中’的先生，使我看呆了一两个钟头。在这一两个钟头中，我并非尽看他，乃是由他联想到所有考生的怪现状；由那些怪现状联想到这班‘动物’得了志，国家和人民要如何遭殃；因此又联想到所谓‘抡才大典’，简直是隔几年把这班猴子狗熊搬出来开一次动物展览会；因此又联想到国家一切制度，恐怕都有如此这般的毛病；因此最后感觉到梁启超那班人们在《时务报》上的话是有些道理呀！这便是我由‘选学妖孽’转变到康梁派之最大动机。一两个钟头的冥想，决定了我个人在往后十几年的行动。我此次乡试，本来很勉强，不料其结果却对我有意外收益！”
在另一封信中说，陈独秀坦言：“近作……主张重新估计布尔什维克的理论及其领袖（列宁托洛茨基包含在内）之价值，乃根据苏俄二十年的教训，……适之兄说弟是一个‘终身反对派’，……实是如此。”
陈独秀在《每周评论》4号上批评十月革命“用平民压制中等社会，残杀贵族及反对者”，但不久之后的1919年4月20日，陈即发表《二十世纪俄罗斯的革命》一文说道：“20世纪俄罗斯的社会革命，当时的人都对着他们极口痛骂；但是后来的历史家，都有要把他们当作人类社会变动和进行的大关键。”
第一次被捕入狱后，陈独秀对基督教产生了好感。出狱后，他写了《基督教与中国人》一文，一改一贯的反宗教立场，转而推崇基督教的“崇高的牺牲精神”、“伟大的宽恕精神”和“平等的博爱精神”。到中共一大召开后，陈对基督教再次产生怀疑，说：“综观基督教教会底历史，过去的横暴和现在的堕落……实在没有什么庄严神圣可言。”
