1872年8月11日，来自中国的30名儿童在清朝官员陈兰彬和容闳的带领下从上海出发，坐船经过日本的横滨，跨过太平洋，于9月12日抵达美国西海岸旧金山，开启了中国官派学生留美的新历程，这便是历史上的“留美幼童”。此后他们乘坐火车经由刚刚建成不久的太平洋铁路，从旧金山到达马萨诸塞州的斯普林菲尔德（Springfield），被分配前往居住在美国人家庭，正式开始留学生涯，这批留美学生被后人称为“中国的幸运儿”。
留美幼童（Chinese Educational Mission）是晚清政府以关税银两为经费派出的正式官派留学生，在美全部费用由清政府包干。从1872年开始，分四批、每年一批、每批30人，到1875年120名幼童全部抵达美国。这些留美学生的年龄从12到20岁不等，平均13岁，因此有“幼童”之称。
根据清政府的规划，留美学生从中学开始接受美国教育，直到大学毕业，为期15年。留美学生以康涅狄格州的哈特福德（Hartford）为大本营，陈兰彬为总监督、容闳为其副手。
留美幼童计划的主要构想、倡议者是容闳，该计划在曾国藩、李鸿章的支持下，冲破朝廷上下顽固保守派的重重阻力，在美国政府及民间的大力支持下最终得以实现。
1872年清政府派遣120名幼童的举动，不但在清廷内部引起极大争论，在美国也引起震动。当时美国刚刚经历了内伤严重的南北战争，民众还没有完全从内战痛苦中复原。来自遥远东方的120名官派学生到美国学习，引起了人们的极大好奇，媒体也多次报道此事，大多持正面肯定态度，报纸的社论将这些学生称为从“最古老的帝国来到最年轻的共和国”的客人。
哈特福德位于美国文化重镇新英格兰地区，离哈佛、耶鲁、麻省理工学院等名校不远，哈特福德市经济富裕、居民文化水准较高、眼界开阔，因此选择将此地作为留美幼童的基地是明智的选择。事实也证明了这一点，当1782年该市征求美国家庭接待留美幼童时，据香港大学历史系教授徐国琦所著《中国人与美国人：一部共有的历史》（Chinese and Americans: A Shared History）所记，先后共有220多个家庭愿意让这些来自中国的学生住在自己家里，远远超过120名学生居住所需。
留美幼童在美国很快适应了当地的生活，也显示出很强的学习能力，据各种记载报道，不少留美幼童在入读的当地学校表现优异，得到同学老师的称赞。留美幼童到东部后被分配到54个家庭（康涅狄格州34个，马萨诸塞州20个）居住；他们在短时间内克服了语言障碍，有些人成为学校里的优秀学生。据统计，到1881年，有43名学生（一说50名）进入大学学习，其中20人（一说22人）入读耶鲁大学、8人入读麻省理工、3人入读哥伦比亚大学、1人入读哈佛大学。
留美幼童不但学习勤奋，而且也参加了各种体育活动，一扫“东亚病夫”的成见。留美幼童还组织了自己的棒球俱乐部，成立了自己的球队，参加当地的比赛活动。据温秉忠回忆，1881年留美幼童被召回国、在旧金山等待上船期间，当地一支棒球队听说中国留学生也会打棒球，就邀请他们比赛，以为可以轻易打败这些东方人，想不到最终结果却是中国学生赢了。
留美学生在美国学习期间，参观过1876年费城举办的世界博览会，当时正值美国独立100周年纪念，留美学生在参观展览会期间得到格兰特总统的接见。留美学生也曾与马克·吐温见面；他们在美国期间目睹了发明和技术的进步，如贝尔电话和爱迪生留声机，亲身感受到教育和创新如何改变社会；有一些留学生还接受了基督教并成为信徒。
1881年清政府以美国出现排华风潮、不许中国学生进入西点军校以及海军官校学习以及学生有变质不再忠诚清政府嫌疑为由，下令召回全部留学生，当时除了詹天佑与欧阳庚在耶鲁获得大学学位外，其他人均还在就读。清政府召回留学生的决定在美国，尤其是曾经接待过留学生的家庭、留学生居住过的社区、留学生就读的学校引起较大反响，许多人都为此感到惋惜。
留美幼童计划虽然中途夭折，但在美国多年的生活经历对这些学生产生了极大的影响，也造就了近代史上一批杰出西学人才，包括铁路之父詹天佑、民国首任总理唐绍仪、说服美国政府退还部分庚子赔款有功的驻美公使梁诚、清华第一任校长唐国安、北洋大学首任校长蔡绍基、北洋政府交通总长梁敦彦、海关副税务司丁崇吉以及香港名人周寿臣等。留美幼童牛尚周、温秉忠在波士顿地区学习时，对当时在杂货铺打工的宋嘉澍影响很大，成为宋嘉澍私自出逃读书的重要动力，也因此成就了现代史上辉煌的宋氏家族。