مرحوم نائینی در اصفهان همچنین در محضر استادانی چون جهانگیرخان قشقایی و شیخ محمدحسن هزارجریبی و آقانجفی اصفهانی فلسفه و کلام خواند. وی در سال 1303 هجری قمری برای تکمیل تحصیلات حوزوی به عراق رفت و پس از توقفی کوتاه در نجف برای شرکت در درس میرزای شیرازی به سامرا رفت و مدت 10 سال در این حوزه مقیم شد.او در آن جا علاوه بر میرزای شیرازی صاحب فتوای معروف تحریم تنباکو، نزد مجتهدان بزرگی چون سید اسماعیل صدر و سید محمد فشارکی اصفهانی فقه و اصول را آموخت.در سال 1316 هجری قمری به نجف بازگشت و در زمره شاگردان برجسته آخوند خراسانی قرار گرفت. وی در این دوران از یک سو با نهضت تنباکو آشنا شد و از اندیشه‌های سیاسی سیدجمال آگاهی یافت و از سوی دیگر با حضور در حلقه شاگردان آخوند خراسانی در زمره مشاوران استاد در زمینه انقلاب مشروطه قرار گرفت تا جایی که مقام و موقعیت انشاءکننده اعلامیه‌ها و فتواهای سه مجتهد تراز اول نجف درباره انقلاب مشروطه را پیدا کرد، جایگاهی که هوشمندی و درک بالای سیاسی آیت الله نائینی و موقعیت علمی و فقهی وی را در این زمان که هنوز در مقام مرجعیت قرار نداشت، مشخص می‌کند.