1914年父亲病故。为养家糊口，返回故乡并开始在彭城中学担任图画教员，同时在始齐女子学校及宜兴女子学校教习图画。

1917年赴日本东京研究美术。回国后应蔡元培之邀受聘为北京大学“画法研究会”导师。结识著名文人陈师曾。

1918年5月14日发表著名的《中国画改良论》（原名《中国画改良之方法》）。争取到公派赴法留学的机会。与鲁迅会晤。

1919年3月，携夫人蒋碧薇赴法留学。5月抵巴黎，入徐梁画院进修接受正规的西画教育。

1920年拜法国著名画家达仰为师。

1921年离开巴黎，转至经济萧条的德国柏林，求学于画家阿尔图尔•康波夫。

1925年与游历法国的黄孟圭结伴，途经新加坡回国。田汉在上海举行“消寒会”，向文化界人士介绍和举荐徐氏及其作品。

1926年春日，返回法国。夏季，至比利时首都布鲁塞尔并在此临摹画家约当斯的《丰盛》，受益匪浅。自感这一年是创作最多的一年，其中不乏得意之作，如油画《箫声》、《睡》等。

1927年先后游历了瑞士及意大利的米兰、佛罗伦萨、罗马等地，观赏到众多名家画作。5月，法国国家美术展览会展出其作品9件。秋，抵达上海，任国立第四中山大学（后改称中央大学）艺术系教授。

1928年1月，与田汉、欧阳予倩组织“南国社”。在上海成立南国艺术学院，担任绘画科主任。2月，应南京中央大学的聘请任艺术系教授。10月，任北平大学艺术学院院长，年底辞职。

1929年专职在南京中央大学任教。在第一届全国美术展览会《美展汇刊》上连续发表《惑》、《惑之不解》等文章，批判了欧洲美术界的现代形式主义艺术流派及其对中国的影响。提倡绘画的写实性、创新性。

1930年完成油画《田横五百士》。夏，在江西南昌走访民间木雕艺人范振华。

1931年春，在比利时首都布鲁塞尔举办个人画展。完成《九方皋》第七稿。

1932年在参照南齐谢赫提出的中国画“六法”论的基础上，根据西洋绘画的艺术法则提出了在素描创作上应遵循的“七法”。

1933年完成油画《徯我后》。应法国国立美术馆之邀前往巴黎举办中国近代绘画展。

1934年游历意大利威尼斯、佛罗伦萨、罗马等历史文化名城。至德国柏林、前苏联莫斯科和列宁格勒等地举办中国近代画展，宣传中国传统绘画。此次欧洲之行，在法、比、德、意、苏共举办展览7次，在各大博物馆、大学中成立四处“中国近代美术展览室”。这次中国近代绘画的欧洲巡礼引起了各国的普遍重视，宣传了中国绘画艺术。8月，返回南京。

1935年捐献作品及收藏，拟在广西桂林独秀峰下建一美术馆，由于全国抗战爆发，未能实现。

1936年与汪亚尘、颜文梁等人组织画会“默社”。创作《逆风》、《沉吟》、《柳鹊》等画作。

1937年在香港、广州、长沙等地举办画展。在香港购得视为自己生命的吴道子画《八十七神仙图》卷。10月，随中央大学内迁赴重庆。创作《巴人汲水》。

1938年继续在中央大学艺术系任教。接受印度著名诗人泰戈尔的邀请筹备赴印办展览。10月，携大批作品离开重庆。

1939年在新加坡举办筹赈画展。在印度国际大学举办中国近代画展。

1940年继续在印度逗留，与泰戈尔结下深厚的友谊。在加尔各答举行作品展。完成中国画《愚公移山》。

1941年由印度回国，途经槟城、怡保、吉隆坡等地，举办画展，并将几年来卖画所得近10万元美金全部捐出用于抗战救灾。

1942年在云南保山、昆明举办画展。至重庆，继续在中央大学艺术系任教。在重庆磐溪筹备成立中国美术学院。

1943年继续主持筹办中国美术学院。在重庆举办画展。

1944年因长期过度疲劳，患严重的高血压及慢性肾炎，在中央医院治疗7个月，作品锐减。

1945年与蒋碧微女士离婚。大病未愈，仍坚持在中央大学艺术系任教。

1946年1月，与廖静文女士结婚。担任北平艺术专科学校校长，招纳吴作人、李桦、叶浅予、冯法祀等一批有才华的美术家执教。担任北平美术工作者协会名誉会长。

1947年发表《新国画建立之步骤》、《当前中国之艺术问题》等重要文章。

1948年与吴作人、艾中信、董希文、冯法祀等人成立综合性艺术团体“一二七艺术学会”。

1949年任中央美术学院院长。

1951年7月，患脑溢血，半身不遂。