蒋经国到达苏联后，进入莫斯科孙中山大学。12月，加入中国共产主义青年团。在孙中山大学学习期间，蒋经国受到校长拉迪克和施凯德教授等人很深的影响。他们告诉蒋经国，“托洛茨基是位勇敢的革命志士”，“托洛茨基的学说是最进步的”。年轻的蒋经国也很欣赏托洛茨基的名言，“以革命的火炬烧掉旧世界”。他不仅沉迷于托派的激进革命理论，而且加入了托派秘密组织。斯大林曾应邀到校演讲，批判托派的错误，蒋经国听过报告之后，没有觉得托派错在何处，仍然继续进行反斯大林的活动。1927年12月，联共(布)召开第十五次代表大会，开除托洛茨基等人的党籍，蒋经国这才承认错误，退出托派。

　　据蒋经国自述，他从孙中山大学毕业后，曾申请归国，但未被批准，他便申请加入红军。1928年，蒋经国以“最优秀的五名学员之一”的优异表现，被保送进入列宁格勒苏联红军军政大学。1932年11月，蒋经国到乌拉尔山附近的一座重型机械厂当技师，后来升任助理厂长和当地《重工业报》的主编。1935年3月，和同厂的女工芬娜结婚。同年12月，长子蒋孝文出生。

　　蒋经国有过回国的念头。1934年12月，苏联内务部乌拉尔分部主任李希托夫找蒋经国谈话，告诉蒋：“中国政府要我把你送回去。”当蒋经国为之精神一振时，李希托夫又告诉他：“最后决定权当然在我们。我现在要你写份声明给外交部，告诉他们说你不愿意回国。”后来，蒋经国奉命和中国大使馆的一位书记谈话，蒋当然不敢透露想回国的愿望。

　　1936年12月，蒋经国申请成为联共正式党员。他在自传中表示，如果将来有机会碰到蒋介石，要“给他和他的党羽严酷的惩罚”。同月15日，蒋经国被接受为第四类布尔什维克党员。所谓第四类，指的是“人民敌人”的子女。这说明，他是被作为特殊情况处理的。