1931年，赵丹从崇敬中学（现南通市实验中学）毕业，遵从母命报考了“慈尚大学”法政系。后来却被上海美术专科学校“成天绘画、演戏”的活跃气氛所吸引，赵丹转而进入了刚从欧美留学回国的刘海粟创办的上海美专，学习国画，专攻山水。在这里他认识了好友徐韬、王为一、韦倩倩，其间参加了美专剧团、新地剧社和拓声剧社。
刘海粟当时是个改良主义者，对学校的管理比较民主、开放，因此学校里的政治派别和文艺思潮十分活跃。如此充满自由和浪漫气息的学校环境，让赵丹感到如鱼得水，大大诱发和丰富了他的艺术气质。为了表示自己对革命的热诚和彻底，他常爱穿一件大红绸缎的大衣，并因此改名赵凤翱为赵丹。丹者，红色，革命之象征也。
学画之余，赵丹将全部的精力和兴趣都投入到美专剧团的演出活动，和徐渠、王为一、徐滔等都是剧团的台柱和骨干，演出了田汉的剧作。1932年秋，由左翼剧联赵明彝的介绍，他们一同加入了“中国左翼戏剧家联盟”组织。
1934年，19岁的赵丹从上海美专毕业。本想在美术方面继续深造，赵丹正在为留学法国还是留学日本犹豫不决之时，一个偶然的因素却改变了赵丹一生的命运。原来，在毕业公演活动中，明星影片公司老板张石川，导演洪深、李倩萍等人受赵丹父亲赵子超之邀，观看了赵丹的话剧表演。当时，赵丹在话剧《C夫人的肖像》中扮演男主角、一个画家。赵丹出色的表演，被张石川等人看中。
后来，赵丹在李萍倩导演的无声片《琵琶春怨》中扮演了一位纨绔子弟，从此成为了明星影片公司的一名基本演员。在明星影片公司期间，赵丹先后参加拍摄了20多部影片。与此同时，赵丹还活跃在话剧舞台上，曾在世界名剧《娜拉》中饰演海尔茂、《大雷雨》中饰演吉洪、《罗密欧与朱丽叶》中饰演罗密欧。在电影和话剧两个方面，赵丹均显露出了非凡的艺术才华，成为一名引人注目的话剧演员和电影明星。
一次，赵丹去上海商业学校业余剧团指导排戏时，认识了在业余剧团的叶露茜，两人一见钟情。赵丹曾当众自豪地说:"我成了快乐王子，因为我拥有一个世界上最美最美的女人。"1936年4月叶露茜、赵丹等三对新人在杭州六和塔下，举行了现代艺术家式的集体婚礼，并拍下了一张著名的合照。三对上海艺人专赴杭州六合塔下结婚，为的是取六位新人永谐同好的意思。
