Nel 1892 a 11 anni Angelo entrò nel seminario di Bergamo per gli studi ginnasiali e liceali grazie anche all'aiuto economico del suo parroco don Francesco Rebuzzini e di don Giovanni Morlani, proprietario del fondo coltivato dai Roncalli. Qui maturò la determinazione di fare ogni sforzo per diventare santo come si legge ripetutamente nel suo diario "Il giornale dell'anima" che cominciò a scrivere nel 1895. Date le sue capacità intellettuali e morali nel 1901 fu mandato a Roma per continuare gli studi come alunno del Seminario Romano dell'Apollinare, usufruendo di una borsa di studio. In un clima di aperture e di nuove impostazioni culturali, la formazione intellettuale impartita dal seminario romano dice: "dava ali discrete alla nostra giovinezza e incoraggiava a larghi orizzonti".
Negli anni 1901-02 fece richiesta di anticipo volontario per il servizio militare, sacrificandosi a favore del fratello Zaverio che era necessario a casa per i lavori nei campi. Fu un vero purgatorio "eppure - scrisse - sento il Signore con la sua santa provvidenza vicino a me". Si laureò in Sacra Teologia nel 1904.