Lawrence ingresó al Jesus College (Universidad de Oxford) para estudiar Historia Moderna. Allí ganó cierta fama de excéntrico, aunque el comportamiento de los estudiantes es usualmente anti-convencional y muchas de las hazañas atribuidas a él no son ciertas. 

Algunos contemporáneos cuentan que solía sentarse en el suelo con las piernas cruzadas, caminaba de noche por el patio, no comía con sus compañeros en el Comedor, no fumaba ni bebía, pero era tolerante con los demás, mientras no cuestionaran sus hábitos.

Se había convertido en un joven poco común: poseía una mente brillante y los instintos de un explorador. Era reservado y más inclinado a escuchar a los demás. Como siempre lo había hecho, continuó ejerciendo un estricto autocontrol sobre su persona, probando y extendiendo los límites de su resistencia física: deseaba subyugar su cuerpo a su voluntad. Pero no era un solitario. Le gustaba compartir con sus amigos o hermanos su pasión por la literatura y los castillos. A veces, alguno de ellos lo acompañaba durante una etapa de sus tours. Sus amistades eran mayormente varones: bajo los códigos victorianos la amistad entre hombre y mujer era desalentada y casi no tenía ocasión de desarrollarse. 

Sin embargo, tenía una amiga mujer: Janet Laurie, una joven a quien conocía desde niño, por la cual se sentía profundamente atraído. Se dice que Lawrence llegó a declarársele, pero ella lo rechazó. A pesar de todo, siguieron siendo amigos.

En segundo año, eligió Historia Militar y Estrategia como tema de investigación. A fin de reunir material para su futura tesis, durante el verano de 1908, viajó a Francia con el objetivo de examinar castillos y fortificaciones medievales. Como en 1906, realizó el tour en bicicleta. Sus cartas describen el trayecto con entusiasmo y humor, a pesar de las largas distancias y del calor estival. Su día comenzaba temprano desayunando leche y frutas. Visitaba un castillo, en el cual trabajaba de 12 a 2 de la tarde, midiendo, dibujando y fotografiando. 

Regresaba al hotel al anochecer y al alba partía hacia otro lugar, recorriendo varios kilómetros por día. El viaje fue muy exitoso y regresó con mucho material para ilustrar su tesis.

Cierta vez, después de este viaje, C.F. Bell, del Museo Ashmolean, le sugirió una idea que completaría su investigación: ir a Tierra Santa para tratar de establecer definitivamente si los castillos orientales habían influenciado la arquitectura militar de Occidente o si, por el contrario, los cruzados enseñaron sus técnicas constructivas en Oriente. 

Para prepararse para tal travesía, buscó el consejo del arqueólogo D.G. Hogarth, director del Museo Ashmolean, y de C. M. Doughty, un distinguido arabista, autor de "Arabia Desierta", uno de sus libros preferidos. Ambos desaconsejaron el tipo de viaje planeado por Lawrence: a pie y en los meses del verano, pero él estaba totalmente determinado a hacerlo a su manera. Estudió los rudimentos del idioma árabe en Oxford y en Junio de 1909 zarpó rumbo al Líbano.

En Beirut se contactó con los profesores de la American University, quienes le aseguraron que ellos y muchos otros acostumbraban a realizar esta clase de expediciones. La mayor parte del trayecto la realizó solo. Necesariamente, tenía que recurrir a la hospitalidad de la gente sencilla del lugar, y esta experiencia le dio una impresión de primera mano de las costumbres y del idioma árabe. En sus cartas describía los castillos que iba visitando (para luego usar estas notas en su tesis), pero también revelaba su interés y deseo de adoptar los usos del país. Pero no todo resultó tan bien como lo esperaba. 

Su cámara fotográfica fue robada y en otra ocasión, un francotirador le disparó, afortunadamente sin mayores consecuencias; pero el incidente más grave sucedió cerca de Urfa, donde fue asaltado y golpeado salvajemente. Regresó a Aleppo y tomó la decisión de volver a Oxford por sus heridas y por falta de dinero. De los casi cincuenta castillos existentes se había propuesto visitar unos treinta y siete: visitó todos ellos menos dos y regresó a Inglaterra con una gran cantidad de información, ya que muchos de esos castillos eran escasamente conocidos.

Durante el invierno de 1909-10 terminó su tesis denominada "La Influencia de las Cruzadas en la Arquitectura Militar Europea --hasta finales del siglo XII". La creencia tradicional entre los historiadores medievales sostenía que los constructores de Oriente habían sido los principales innovadores y que los occidentales habían aprendido de ellos. Lawrence tomó la postura opuesta, argumentando su caso con el peso de la evidencia recolectada durante su viaje. La novedad de su investigación excedía los estándares habituales, ya que ninguna otra tesis había sido tan exhaustivamente documentada con material original. Se graduó con honores.

Poco tiempo después, se enteró de que D.G. Hogarth iría a Siria con un equipo para excavar las ruinas de Carchemish. La idea de regresar a Medio Oriente estaba todavía viva en su mente y esta decisión sería un punto de inflexión muy importante en su vida.