Kariéra vedca:
Cieľom Štefánikovho ďaľšieho pôsobenia sa stal Paríž. Sem dorazil 28. novembra 1904. Začiatky však boli ťažké. Na začiatok mu pomohol V. Šrobár získať pôžičku v ružomberskej banke. Štefánikovim cieľom bolo vtedy dostať sa medzi dvoch najslávnejších astronómov v Paríži: ku Camillovi Flammarionovi a Julesovi Janssenovi. Táto nadej sa mu však hneď nesplnila a musel čakať do jari. Vtedy sa druhmi mladého Štefánika stala skupina českých umelcov v Paríži (sochári Bohumil Kafka a Otakar Španiel, maliari Ludvík Strimpl, Tomáš František Šimon, Hugo Boetinger a i.). Spriatelil sa aj s grófom Hanušom Kolowratom, ktorý sa neskôr stal rak.- uhor. vojenským atašé. Začiatkom apríla 1905 prišiel do Paríža profesor Janssen. Štefánik sa k nemu dostal, i na jeho hvezdáreň v Meudone. Janssena Štefánik upútal. Ako hosť na Meudonskej hvezdárni podnikal Štefánik rôzne výpravy. (napr. 20. júna 1905 výstup na observatórium na vrchole Mont Blancu, alebo 30. augusta pozoroval v španielskom Alcosebre úplné zatmenie slnka).

30. augusta predniesol Janssen Štefánikovu štúdiu Spektroskopické skúmanie zatmenia slnka v Alcosebre na zasadnutí parížskej akadémie a publikoval ju aj časopis Akadémie Comptes Rendus Hebdomadaire des Sciences des l´Academie Sciences. Vedecky najúspešnejší bol pre Štefánika rok 1906, kedy uverejnil sedem vedeckých prác. Postupne sa zaradil do parížskeho vedeckého sveta a zoznámil sa aj s českou študentkou Mariou Neumanovou, neskoršou dôvernou priateľkou. Po odchode už osemdesiatročného Janssena z Meudonskej hvezdárne však musel Štefánik odísť, lebo nový riaditeľ Henri Deslandres ho doslova nenávidel a vyhodil ho. Na sklonku r. 1906 dostal Štefánik poverenie od firmy Bureau des Longitudes viesť francúzsku výpravu do Turkestanu na pozorovanie zatmenia Slnka, ktoré malo byť 13. 1. 1907. Cestou do Turkestanu sa zastavil v Prahe i na Slovensku a navštívil aj Pulkovskú hvezdáreň v Petrohrade. Cestu využil aj na poznávanie Ruska a Strednej Ázie. Navštívil v Jasnej Poľane Leva Nikolajeviča Tolstého a jeho lekára Dušana Makovického. Po návrate do Paríža mu valné zhromaždenie Francúzskej astronomickej spoločnosti udelilo Janssenovu cenu. V júli r. 1907 sa však jeho zdravotný stav veľmi zhoršil a previezli ho na liečenie do Chamonix, kúpeľného mesta pod Mont Blancom, kde sa liečil dva mesiace. Počas liečenia sa dozvedel, že profesor Janssen umrel a koncom roku sa opätovne vrátil do Paríža.

Svetobežník
Po príchode do Paríža bojoval dlho s existenčnými problémami. Okrem toho sa ešte snažil zachrániť Janssenove observatórium na Mont Blancu, čo sa mu však napokon nepodarilo a 21. septembra bolo observatórium rozobraté. Potom sa Štefánik snažil vybudovať vlastné observatórium, no jeho finančná situácia mu to nedovoľovala. V tejto oblasti mu vtedy najviac pomohol senátor Émile Chautemps, s ktorého pomocou zorganizoval Štefánik výpravu do severnej Afriky. Tam chcel nájsť vhodné miesto pre svoju hvezdáreň. Precestoval Alžírsko, Atlas, Saharu, Tunisko aj Kartágo, no cesta nemala úspech. Začiatkom r. 1910 dostal novú šancu. Vedecký ústav Bureau des Longitudes spolu s ústavom Bureau Central Météorologique ho vyslali na Tahiti pozorovať Halleyho kométu. 27. apríla pristála jeho loď v tahitskom prístave Papeete. Tu strávil nasledujúcich 10 mesiacov. 28. apríla 1911 na ostrove Vavau pri pozorovaní úplného zatmenia slnka dosiahla práve Štefánikova výprava najlepšie výsledky a ocenila to aj francúzska Akadémia. V lete r. 1912 ho vedecký ústav Bureau de Longitudes vyslal na pozorovanie zatmenia slnka do Passa Quatro v Brazílii. Neskôr, po uskutočnení výprav, sa vrátil do Paríža a aj do rodných Košarísk. V apríli r. 1913 mu zomiera otec Pavel. Vtedy sa Štefánik plánoval usadiť na trvalo na Tahiti, no vtedy dostal poverenie od francúzskej vlády a svoje rozhodnutie zmenil. Francúzi totiž chceli vybudovať vlastnú telegrafickú sieť a sústavu meteorologických staníc v Ekvádore a na Galapágoch a Štefánik( vtedy mal už francúzske občianstvo) mal získať povolenie od ekvádorskej vlády. To sa mu aj podarilo. Francúzska vláda mu potom na návrh ministerstva námorníctva udelila kríž Rytiera Čestnej légie. Jeho úspechy však opäť zastavila choroba. V marci 1914 sa musel podrobiť operácii žalúdka v sanatóriu prof. Monprofita v Yngerse. Po zotavení ho zastihla správa o vypuknutí vojny a 9. augusta sa vojenským transportom vrátil do Francúzska.

Vojnový letec:
Začiatok vojny Štefánika neprekvapil, lebo jej začiatok predvídal už niekoľko rokov predtým. Vo vojne však videl hlavne možnosť oslobodenia Slovákov spod útlaku a tento čin spájal od začiatku aj z Čechmi. Vzhľadom na jeho zlý zdravotný stav však nemohol hneď odísť na front a dostal sa tam až začiatkom r. 1915. Nastúpil do vojenskej leteckej školy v Chartres a dňa 11. apríla získal diplom pilota a hodnosť desiatnika. V hodnosti podporučíka potom nastúpil na front, kde robil výskumné lety. Aj ako letec však mal stále na vedomí oslobodenie Čechov a Slovákov a snažil sa o vytvorenie samostatnej česko-slovenskej dobrovoľníckej jednotky. Začiatkom septembra 1915 ho poslali na srbský front, kde toto svoje snaženie ešte viac rozvíjal. Pri evakuácii z letiska v Niši však na lietadle havaroval a na úteku potom Štefánika opäť prepadla žalúdočná choroba. Život mu vtedy zachránili priatelia Raoul Labry a Michael Bourdon a dopravil ho do Ríma, do tamojšej Nemocnice kráľovnej matky. Tam spoznal aj pani Claire de Jouvenel, ktorá mu horlivo pomáhala aj v jeho boji za oslobodenie Slovenska. Štefánik sa vrátil do Paríža tu ho Jouvenel zoznámila s najvyššími politikmi: ministeským predsedom Aristidom Briandom a najvplyvnejším mužom franc. ministerstva zahraničia Philippom Berthelotom. Štefánik tu naďalej presadzoval plán vytvorenia česko-slovenského štátu dňa 13. decembra 1915 sa stretol s E. Benešom a spoločne sa stotožnili so Štefánikovimi i Masarykovymi koncepciami o vytvorení spoločného štátu.