1917年，刘半农经陈独秀举荐，来到北大任教。

　　一个连中学都没毕业的乡村青年，一步跨入北大这个全国最为显赫的高等学府当了教授，自然有很多人对他能否胜任教学工作表示怀疑。刘半农也自知资历浅，所以勤奋教学，努力创作，尽管如此，依然被人视为“下里巴人”。于是，他决定发奋攻读博士。

　　1920年，在蔡元培的支持下，刘半农考上了官费赴英留学的资格。不久他听说法国国家图书馆藏书丰富，便转入巴黎大学学习。出国前，刘半农有一个宏大理想，希望从理论上弄清齐梁以来沈约等人提出的四声原理，此前国人一直知其然不知其所以然，他决心揭开这个千古之谜。于是，他在巴黎专攻试验语音学，几乎把所有的时间都花在了巴黎图书馆里，巴黎的名胜古迹、塞纳河的风光也无暇顾及。

　　试验语音学需要一些记音仪器，记音仪器不仅价格贵且不好购买，经济拮据的刘半农就自己动手，从废旧市场买来各种材料自己组装。凭着顽强的毅力，他硬是发明了研究语音学必需的仪器音高推算尺和音鼓。法国的博士学位一向要求极严，没有过硬的高水平论文想都别想，所以他一点也不敢马虎，所有的语音试验都一丝不苟。为了用科学的方法测验中国语音的有关数据，为了写一篇两百多字的文章，他用了3个月的时间。经过3年的不懈努力，他终于完成了博士论文《汉语字音试验录》，首次对四声原理做出了科学的论述：指出决定汉语四声的主要因素是音阶的高低。

　　1925年3月，刘半农顺利通过博士学位答辩，并因突出的研究成果，被授予法国国家博士学位，这是中国人乃至亚洲人第一次获此殊荣。