С 1731 года начался трудный путь молодого Ломоносова в науку. А трудности начались уже при подготовке к отъезду в Москву, т.к. у него не было паспорта, не было денег, ведь свой план "побега" Ломоносов скрывал от отца. Земляки помогли получить в Холмогорской воеводской канцелярии паспорт, который позволял отсутствовать Ломоносову по месту жительства с декабря 1730 до сентября 1731 года. Три рубля денег на дорогу он занял у своего соседа. Страдая от холода и голода, Ломоносов в течение трех недель добирался в санях рыбного обоза до Москвы. В этих же санях-розвальнях ему пришлось спать первую ночь в большом незнакомом городе.
В то время в Москве было уже довольно много высших и средних учебных заведений. Первоначально Ломоносов хотел поступить в Математико-навигацкую школу. Здесь обучали многим наукам - грамоте, арифметике, геометрии, тригонометрии с их практическими приложениями к геодезии, мореплаванию, астрономии и т.д. Но в курс этой школы не входил латинский язык, который в то время был международным научным языком. Ломоносову было ясно, что без знания латинского языка получить хорошее образование он не сможет. Поэтому в середине января 1731 года он подаёт прошение о зачисление в Славяно-греко-латинскую академию. Напомним некоторые сведения об этом учебном заведении.
Славяно-греко-латинская академия , основанная в 1685 году при Заиконоспасском монастыре, была высшим духовным учебным заведением, которое до второй половины 18 века выполняло роль общеобразовательной школы и в основном готовило чиновников для государственных учреждений. Эта академия сыграла большую роль в развитии русской культуры и просвещения. Наивысшего расцвета академия достигла в петровское время, когда она стала крупнейшим просветительным центром страны. Но наступившая после смерти Петра I (1725 г.) реакция пагубно сказалась на просвещении, в том числе и на деятельности учебных заведений. Противники петровских преобразований стремились сделать Славяно-греко-латинскую академию исключительно духовным учебным заведением. Туда разрешалось зачислять лишь детей священнослужителей. Но в начале 30-х годов число учеников в академии резко сократилось, и ректор был вынужден пополнить её состав за счёт детей низшего духовенства и разночинцев, но не крестьян. Поэтому Ломоносову пришлось при поступлении в академию скрыть своё происхождение и назваться сыном дворянина. Хотя Ломоносов умел читать и писать, знал основы арифметики, он был определен в самый низший класс, т.к. основным предметом четырёх младших классов был латинский язык, которого не знал девятнадцатилетний юноша. Много горечи и обид пришлось испытать гордому помору в первые годы обучения. Но природный ум и поразительное трудолюбие позволили будущему учёному к концу первого года окончить курс трёх младших классов и перейти в четвёртый. Заметим, что полный курс академии был рассчитан на тринадцать лет, а всё обучение разделено на восемь классов.
Учиться в Славяно-греко-латинской академии (в простонародии её называли Спасскими школами) Ломоносову было чрезвычайно трудно. При академии не было никаких общежитий. Ученики при мизерном казенном содержании снимали углы по всему городу. Через земляков-поморов Ломоносов вскоре установил связь с отцом. Отец настаивал на возвращении сына домой, уговаривал его бросить учение, обзавестись хозяйством и семьёй. Однако никакие уговоры, никакие испытания и трудности не могли поколебать твердого решения юноши получить образование. Вспоминая об этом периоде своей жизни, Ломоносов писал графу И.И. Шувалову в 1753 году: "… имея один алтын в день (3 копейки - Авт.) жалованья, нельзя было иметь на пропитание в день больше как на денежку (на полкопейки - Авт.) хлеба и на денежку квасу, прочее на бумагу, на обувь и другие нужды. Таким образом жил я пять лет и наук не оставил".
В свободное от занятий время Ломоносов читал книги и летописи в монастырской библиотеке. Знакомство с древней славянской литературой раскрыло ему величие и красоту родного языка и привило любовь к отечественной истории. В процессе учёбы интерес Ломоносова к наукам всё возрастал. Он усвоил латинский язык, читал по-гречески, изучил теорию стихосложения и основы ораторского искусства, получил основательные знания по арифметике, географии, истории, познакомился с лучшими образцами античной литературы, латинской и русской поэзии.
На четвертом году обучения Ломоносов хотел принять участие в экспедиции в Среднюю Азию, чтобы приложить свои силы и знания к практической деятельности. Экспедицию в 1734 году готовил известный русский географ И.К. Кирилов с целью изучения и освоения Россией закаспийских степей. Но желание Ломоносова не могло осуществиться. Дело в том, что он мог участвовать в экспедиции только в качестве "ученого священника", но сан священника он не имел и не мог иметь, т.к. был сыном крестьянина.