1926 yılında, henüz on altı yaşındayken Cahit Arf, ailesinin kararıyla eğitimine Fransa'da devam etmek üzere Paris'e gönderildi. Genç Cumhuriyet'in yeni kurulduğu, Avrupa'nın bilim ve kültür merkezlerine öğrenci yetiştirmeye büyük önem verdiği bir dönemdi. Cahit, Paris'in köklü öğretim kurumlarından biri olan Saint-Louis Lisesi'ne (Lycée Saint-Louis) yazıldı. Saint-Louis Lisesi, özellikle matematik ve fen bilimlerinde Fransa'nın en seçkin yüksek okullarına öğrenci hazırlamasıyla tanınıyordu. Cahit için bu, bambaşka bir dünyaya açılan kapıydı: Disiplinli, rekabetçi ve son derece yüksek standartlı bir matematik eğitimi. Genç Arf'ın olağanüstü yeteneği burada hemen göze çarptı. Normal koşullarda üç yıl süren lise programını yalnızca iki yılda tamamladı. Fransız eğitim sisteminin zorlu temposu, onu yıldırmak bir yana, içindeki matematik tutkusunu körükledi. Sayıların ve soyut yapıların dünyasında, kendini ilk kez gerçekten 'evinde' hissediyordu. Paris yılları, Arf'ın yalnızca matematik bilgisini değil, düşünme biçimini de derinleştirdi. Fransız matematik geleneğinin titizliği, kanıta ve kesinliğe verdiği önem, genç adamın zihnine kazındı. Burada öğrendiği şey yalnızca teoremler değil, matematiğin bir düşünce disiplini olduğu gerçeğiydi. 1928'de, lise eğitimini tamamlayarak Türkiye'ye döndü. Henüz on sekiz yaşındaydı, ama önünde Avrupa'nın en parlak matematik kurumlarının kapısını aralayacak bir gelecek uzanıyordu.