1916年的冬天，37岁的李叔同，利用寒假到西湖定慧寺试验断食，历时三周，据他说十分顺利，不仅没有痛苦之感，而且自觉身心灵化，思路敏捷，颇有创作冲动。上面所说的改名李婴，就是在这时起的，表示扬弃旧我，开始新我之决心。在定慧寺“断食”期间，他还体验了寺院的宁静生活，又时闻寺庙长老说经，使他萌发入佛之念。这时写的《赠陈师曾荷花小幅》中，他公开宣布：“余将入山坐禅，慧业云云，以美荷花，亦是自劭也。”其诗云：“一花一叶，孤芳自洁，昏波不染，成就慧业。”说明他已在人生道路上做出了又一个重大抉择，即由审美和艺术的领域转向宗教道德领域，实现自身的内在超越。
第二年春节过后，李叔同便正式拜了悟和尚为师，自称“婴居士息翁”，成为在家弟子。从此常常到寺庙中听经问法，暑假便索性住在寺庙，过起了半俗半僧的生活。又在着名居士马一浮处借阅长水大师的《起信论笔削记》、《灵峰毗尼事义集要》、《宝花传戒正范》等经书。这年9月，他呈法轮长老一联：“永日视内典，深山多大年”，充分反映了他终日游目释典、淡泊宁静的生活情趣。从名居士到出家僧，仅有一步之遥了。
1918年旧历七月十三日，李叔同在做了长期的理智思考后，最后做出了人生道路上的第二次选择，从在家居士而变为出家和尚。对于李叔同出家的前前后后，他的学生、现代着名作家夏丏尊先生有一个生动而清晰的说明。他说：“转瞬年假到了，大家又离校。哪知他不回上海，又到虎跑寺去了。因为他在那里住过三星期，喜其地方清静，所以又到那里去过年。他的归依三宝，可以说由这时候开始的。据说：他自虎跑寺断食回来，曾去访遇马一浮先生，说虎跑寺如何清静，僧人招待如何殷勤。阳历新年，马先生有一个朋友彭先生，求马先生介绍一个幽静的寓处，马先生忆起弘一法师提起虎跑寺，就把这位彭先生陪送到虎跑寺去住。恰好弘一法师正在那里，经马先生介绍，就认识了这位彭先生。同住了不多几天，到正月初八日，彭先生忽然发心愿出家了，由虎跑寺当家为他剃度。弘一法师目击当时的一切，大大感动。可是还不就想出家，仅归依三宝，拜老和尚了悟法师为归依师。演音的名，弘一的号，就是那时取定的，假期满后，仍回到学校来。从此以后，他茹素了，有念珠了，看佛经了，室中供佛像了，宋元理学书偶然仍看，道家书似已疏远。”
李叔同自己也多次谈到他出家的动机，归结起来，有这么两点：一是家庭的影响和童年生活的阴影；二是出于以宗教来救世的愿望。关于第一点，李叔同说：“年七八岁，即有无常、苦、空之感，乳母每教之，以为非童年所宜。……母殁，益觉四大非我，身为苦本。其后出家虎跑，全仗宿因。”这里所说的“宿因”，实际上就是指童年的生活和遭遇。
关于第二点，李叔同在给其侄女李麟玉的信中说到：“及门数千，遍及江浙。英才蔚出……私心大慰。弘扬文艺之事，至此可做一结束。戊午年二月，发愿入山剃染，修习佛法，普利含识。”并表示他“行将以着述之业终其身”。
1918年9月，李叔同结束了他39年的世俗生活，在杭州灵隐寺受具足戒，当了和尚，正式开始了他的僧徒生涯。关于他的寺庙生活，李自己有一段叙述，他说：“近来日课甚忙，每日礼佛、念佛、拜经、阅经、诵经、诵咒等，综计余暇，每日不足一小时，出家人生死事大，未敢放逸安居也。”他以一个佛教徒的虔诚信仰，接受了一种完全不同于以往的生活规范，在宗教的氛围中，陶冶自己的情操。1925年，因为杭州故旧太多，应酬过繁，于是决定做行脚僧，云游天下，随缘而居。一生先后到过杭州吴山常寂光寺、福建泉州开元寺、厦门南普陀寺、山东青岛湛山寺等地讲学，研讨佛经。1942年9月，在泉州开元寺圆寂。弥留之际，书写了“悲欣交集”四个大字，表现出悲悯众生，对自己追求的事业有所成就而又有遗憾的复杂心情。
律宗大师。李叔同出家后，主要精力是放在了复兴和弘扬传统律宗上。所谓律宗，全称“南山律宗”，是中国传统的一个佛教宗派。因创立者唐僧道宣住终南山，故名“南山律宗”，或称“南山宗”。后来随着这一宗派的兴盛，人们往往简称为“律宗”。相传它是根据释迦牟尼在世时为约束僧众制定的各种戒律发展而来的。包括关于受戒、说戒、安居以及衣食坐卧的种种规定，如规定比丘二百五十戒，比丘尼三百八十四戒等等。宗旨是说教众生“自利利他”，共成佛道。这一宗派在唐代极为兴盛，后来逐渐衰微。
李叔同利用云游天下的方便，大量搜集律宗典籍，除散落在国内的外，他还利用他与日本的密切关系，在日本找回了许多古版律书。之后，便组织人力对这些典籍做系统的整理和研究。1933年，他发起在福建泉州开元寺尊胜院成立南山律学院，组织学者十余人，圈点南山三大部，并讲律修持，开讲《随机羯磨》、《含注戒本》、《律学要略》等，训示学人要“惜福、劳作、持戒、自尊”。他还为律学院撰写了一幅长联：