Nell'ottobre 1891 si iscrisse alla facoltà di medicina dell'Università di Lione, anche se solo verso la fine della carriera universitaria decise di specializzarsi in chirurgia. Un insuccesso nel concorso d'interno lo spinse a partire per il servizio militare, che un anno dopo completerà con un periodo al posto di frontiera nel Frejus come aiutante medico. Fu questo per Carrel un passaggio molto importante dal punto di vista spirituale in quanto si riavvicinò molto alla fede cattolica dalla quale si era distaccato durante l'adolescenza.