1934年，英国的剑桥大学、伯明翰大学等8所高等学府，邀请李四光讲学。同年年底，他带着夫人和女儿，乘船前往英国的伯明翰大学，开始了异国他乡的教学生涯。
到了英国，他们一家在伦敦租了两间房子。最初，李四光继续写讲稿，妻子到英国皇家音乐学院进行作曲。待写完讲稿后，就到剑桥、伯明翰等8所大学去讲课，这种生活大约有半年时间。
这天，李四光在伯明翰大学讲《中国地质学》，英国学术界和教育界的人士也闻讯前来，把一个大教室挤得满满的，不仅座无虚席，就连走廊里也站满了听讲的人。一个中国人用流利而标准的英语讲课，而且讲的是自己的著作，全新的观点，引起了广大英国人的兴趣和叹服。
他在《中国地质学》中开头写道：“在讨论地质问题之前，必须一述中国地理的梗概。”“由现在的地势来讲，中国拥有东亚大部分陆地，作半圆状，围绕着伟大的西藏高原，即所谓‘世界屋顶’，它好像楼梯，向着太平洋海岸一级比一级低。”接着详细论述了西藏高原在地质和地理学上的重要意义。讲稿也是从西藏展开的。
讲课均以《中国地质学》为内容，其中绝大部分内容是李四光新的研究成果。例如古生代（600百万—230百万年）时期，中国南方的海侵（海水淹没），北方海退（大陆环境）的现象；中国第四纪（200百万—300百万年）时期的冰川遗迹；中国大陆上的地壳构造体系（例如东西向褶皱带、北东方向的构造称为华夏构造、山字形构造、歹字形构造、多字形构造等旋卷构造体系等）；最后是他对构造体系的成因讨论。在李四光看来，造成地壳运动变迁的主要原因，是由于地球自转的速度，在漫长的地质年代中，发生了时快时慢的变化。
因为李四光讲课中的观点新颖，与传统地质学观点不一样，所以他的报告引起了强烈的反响。课后，许多人围着李四光，有人请教，有人提出反对意见，而李四光则是一一解答，或是一一反驳，外国学者见了都很佩服。
在讲课期间，李四光同英国地质学界的新老朋友广泛接触，讨论了许多学术问题。他接受了伯明翰大学威尔士教授邀请，参加一次地质旅行，在威尔士的实验室和机械系制作了一个铅质空心的球体，上面涂一层薄蜡，用来作地球自转速度变化引起地壳运动的实验。这个球现今还保存在地质力学研究所模拟实验室。
半年过去了，8所大学的讲课也结束了，空下来李四光想按出版要求，把讲稿整理成书稿，准备出版。
这是一本讲中国地质的书，他没有引用一篇外国人的著作，一张外国人的画图，一个外国地质实例，一种外国人的论点。他不像以往别人那样，即使是中国人同外国人合作的成果，也必须把外国人写在前面，把中国人写在后面。而他却尊重事实，不褒不贬，不卑不亢。例如引用老一辈地质学家谭锡畴和法国知名地质学家德日进，共同调查的兴安岭南部地质素描图时，他就把德日进的名字放在谭锡畴的后面，因为工作主要是谭锡畴做的。
由于当时英国给的讲学费比较低，只够一个人半年的用费，所以李四光一家必须省吃俭用，租最便宜的房子住。为了住廉价房屋，他们曾经3次搬迁。第一次，在伦敦住的两间房子；第二次，搬到汉姆斯特区。这里是贫民区，但是绿化很好，环境幽静，绿油油的草地，一簇簇的灌木丛，他们都很喜欢这个地方。第三次搬家，完全是因为交不起房租，出于无奈，李四光去找当时驻英国的大使郭泰祺。在这里又住了半年，全家于1936年春启程回国。
1936年初，李四光在离开伦敦以前，把书稿的修改、画图定稿等工作全部做好了。临行时，把出版、校样等工作委托一位英国朋友来办理。这本书起名为《中国地质学》，于1939年在伦敦正式出版。
李四光著的《中国地质学》出版以后，在英国地学界议论纷纷，评者蜂起。英国的一些地质学家认为，书中没有谈到中国的矿产分布，是一个最大的缺点；在美国的科学杂志上，有人发表文章指责说：没有把外国地质工作者在中国做的工作写进去，因此说，李四光是一个民族主义者，埋没了外国人在中国的成就。同时也有人批评，书中没有按照外国人的理论，没有按照传统地质学的观点来讨论问题等。
其实，李四光著《中国地质学》的指导思想是很明确的，要讲自己的观点，要宣传新观点，批判某些传统的陈旧的地质理论，就是不因袭外国人的理论。书中所引用的地质现象，某些地质结论，多数都是中国人发现的。所有这些，都应该说是李四光的不朽成就。
英国皇家学会会员，国际著名的科学史专家李约瑟，在他的《中国科学技术史》第一卷总论、第一分册中指出：“很幸运，在这一方面，最卓越的地质学家之一李四光为我们提供了第一部内容丰富的地学著作——《中国地质学》。”
离开英国以后，李四光一家取道美国回国。当他们到达纽约时，美国地质学家，还有李四光在美国留学的学生朱森和吴半农，都来欢迎。当船快靠岸的时候，朱森兴奋得“像一个小孩看见久别的大人一样”（见吴半农在1942年写的《悼念朱森先生》一文）。李四光在纽约待了4天，朱森差不多寸步不离地陪伴着他，吴半农感动不已。
从美国东部坐火车到西部，每到一处只要地质现象好，他都要细心考察。晚上由于没有旅馆，只能住在乡村的板房里或车站附近护路工人的木屋里。这可苦了夫人和女儿，她们只能在住地等李四光。经过两个多星期的旅程，他们最后到达了北美西岸的洛杉矶，从这里登船，横渡太平洋回国。
