李之藻在向利玛窦学习西学知识之初就已经接触到天主教教义。但在当时，西学中的科学部分是他的主要兴趣之所在，对于带有超性色彩的天主教理论，李之藻还远谈不上信仰。在他为《坤舆万国全图》所作跋文中，对于天学大旨还只是泛泛而谈。

随着对天学了解的加深，李之藻对天主教教义的看法也起了变化。万历三十五年（1607），他撰《〈天主实义〉重刻序》，对理学和佛教都加以排斥，而对天学褒扬有加，并认为其与儒学实出一源：

昔吾夫子语修身也，先事亲而推及乎知天。至孟氏存养事天之论，而义乃綦备。盖即知即事，事天事亲同一事，而天其事之大原也。说天莫辩乎“易”，“易”为文字祖，即言乾元，统天为君为父；又言：“帝出乎震。”而紫阳氏解之，以为“帝者天之主宰”。然则天主之义，不自利先生创矣。

世俗谓天幽远不暇论。竺乾氏者出，不事其亲，亦已甚矣，而敢于幻天藐帝，以自为尊，儒其服者，习闻夫天命、天理、天道、天德之说，而亦浸淫入之；然而小人之不知不畏也，亦何怪哉？利先生学术，一本事天，谭天之所以为天甚晰。睹世之亵天佞佛也者；而昌言排之，原本师说，演为《天主实义》十篇，用以训善坊恶。

……彼其梯航琛贽，自古不与中国相通，初不闻有所谓羲、文、周、孔之教，故其为说，亦初不袭吾濂、洛，关、闽之解。而特于小心昭事大旨，乃与经传所纪，如券斯合。（（明）李之藻：《〈天主实义〉重刻序》，徐宗泽编著：《明清间耶稣会士译著提要》，第146—147页。）

在序文中李之藻还列举了一些他已经接受的天主教教义，如天主为大父母说，并对天堂地狱说存在的必要性提出了一种实学上的论证：

其言曰，人知事其父母，而不知天主之为大父母也；人知国家有正统，而不目天主之统天之大正统也；不事亲，不可为子；不识正统，不可为臣；不事天主，不可为人；而尤勤恳于善恶之辩，祥殃之应，具论万善未备，不谓纯善；纤恶累性，亦谓济恶；为善若登，登天福堂；作恶若坠，坠地冥狱；大约使人悔过徙义，遏欲全仁；念本始而惕降监，绵昭畏而遄澡雪；以庶几无获戾于皇天大主。（（明）李之藻：《〈天主实义〉重刻序》，徐宗泽编著：《明清间耶稣会士译著提要》，第147页。）

此时的李之藻显然已对天主教教义有相当的认识和接受。从他一贯所持的华夏文明优越论的立场出发，李之藻通过强调天学和儒学出于一源，以耶儒结合的方式开始理解和接受天主教教义。

李之藻于同年撰著《浑盖通宪图说》，虽然该书是一本介绍星盘制造和使用方法的自然科学书籍，但在李之藻的自序中，已开始强调敬天事主的必要：

……帝典敬授，实首重焉。人之有生，恶有终身载履照临，可无谙厥条贯者哉？瞻依切于父母，第见绘像，必恭敬止，仪像者，乾父坤母之绘事也。于焉顾，太上修身昭事；其次见大祛俗，次以广稽览，次以习技数，而犹贤于博弈也。

……夫经纬淹通，代固不乏玄樵；若吾儒在世善世，所期无负霄壤，则实学更自有在，藻不敏，愿从君子砥焉。先天道于民义，所不敢也。（（明）李之藻：《〈浑盖通宪图说〉序》，徐宗泽编著：《明清间耶稣会士译著提要》，第263、264页。）

万历三十六年（1608），利玛窦撰写的《畸人十篇》结集出版。该书写作时李之藻就曾与利玛窦就书中所述天主教教义多有讨论。如该书第六篇《斋素正旨，非由戒杀》，即为答复李之藻所提问题而撰写成文：

李水部设席招余，是日值教中节日，余食止蔬果而已。李子曰：“贵邦不奉佛，无杀牲戒，而子斋素，何也？”余曰：“岂独敝国，中国自三代以前，佛教未入，悉不奉佛也，皆以太牢事上帝，悉不戒杀牲也。然而祭之前有散斋，有致斋，斋者悉不饮酒，不茹荤；今所见士大夫，遇郊社大典，咸断酒肉，出居官次；是则斋素之义，不由释氏始，不以杀牲故，明矣。”李子曰：“然。吾儒将祭而斋者，将以齐一心志，致其蠲洁，对越明神也。敢问贵国斋素何意？”时余箧中适有旧藁一帙，中说天主教斋素三旨，即出帙观之。

……夫世固少有今日贤，而先日不为不肖者也；有今日顺道，而昔日未尝违厥道者也者。

……躬自惩诘，不少姑恕……此斋素正旨之一也。

夫德之为业，人类本业也；闻其说，无不悦而愿急事焉。但彼私欲所发者，先已篡人心而擅主之，反相压难，愤激攻伐；大抵平生所行，悉供其役耳……古贤求饿求馁不求饱，其于身也，似仇而实亲焉。此斋素正旨之二也。

凡人习于珍味厚膳，见礼义之事不暇，惟焉而就食耳；习于精理微义，遇饮食之玩亦不暇，必思焉而殉理义矣。此斋素正旨之三也。

李子读竞，曰：“此实斋素真指，吾儒宜从焉。”乃谢而请录之。（［意］利玛窦：《畸人十篇》六。（明）李之藻编：《天学初函》第1册，第197—206页。）

正是在与利玛窦质疑送难的过程中，李之藻对于天主教的认识进一步深入化，当他在万历三十六年（1608）为《畸人十篇》撰写序言时，对于天主教教义已十分钦服。其序文中称：

西泰子（即利玛窦——引者注）浮槎九万里而来，所历沉沙狂飓，与夫啖人略人之国，不知几许，而不不害，孜孜求友，酬应颇繁，一介不取，又不致乏绝，殆不肖以为异人也。睹其不婚不宦，寡言饬行，日惟是潜心修德，以昭事乎上帝，以为是独行人也。复徐叩之，其持议崇正辟邪，居恒手不释卷，经目能逆顺诵；精及性命，博及象纬、舆地，旁及勾股、算术，有中国儒先累世发明未晰者，而悉倒囊究数一二，则以为博闻有道术之人。迄今近十年，而所习之益深，所称妄言、妄行、妄念之戒，消融都净；而所修和天、和人、和己之德、纯粹益精，意期善世，而行绝畛畦；语无击排，不知者莫测其倪，而知者相悦以解，间商以事，往往如其言则当，不如其言则悔，而后识其为至人也。至人侔于天，不异于人，乃西泰子近所著书十篇，与《天主实义》相辅行世者，顾自命曰“畸人”。其言关切人道，大约淡泊以明志，行德以俟命，谨言苦志以身，绝欲广爱以通乎天载；虽强半先圣贤所已言，而警喻博证，令人读之而迷者醒，贪者廉，傲者谦，妒者仁，悍者悌。

至于常念死候，引善防恶，以祈佑于天主，一唱三叹，尤为砭世至论，何畸之与有？盖尝悲夫死之必于不免，且不能以迟速料也；上主之临汝，而不可贰也；获罪于天，莫之祷也；恶人斋戒之，可以事主也；童而习之，智愚共识，然而迷缪本原，怠忽祗事，年富力强，而无志迅奋；钟鸣漏尽，而尚讳改图者众也；非谭玄以罔生，即佞佛为超死，死可超、生可罔，世有是哉？人心之病愈剧，而救心之药，不得不瞑眩；瞑眩适于德，犹是膏粱之适于口也，有知十篇之于德，适也，不畸也。（（明）李之藻：《〈畸人十篇〉序》，徐宗泽编著：《明清间耶稣会士译著提要》，第149—150页。）

李之藻作序时与利玛窦相交已有近十年，随着对利玛窦和其所传天主教的认识的加深，李之藻对利氏的评价也不断升级。开始认为其是“异人”，后来改称“独行人”，又进而认为是“博闻有道术之人”；到最后，因“间商以事，往往如其言则当，不如其言则悔”，李之藻已认定利玛窦为“至人”。随着对利玛窦评价的不断提升，李之藻对于天主教的好感也日益升温。在《畸人十篇》的序言中他已认为“天学”是“砭世至论”、“救心之药”。并将“天学”视为和儒学同等地位的真理，“强半先圣贤所已言”，以李之藻这样的思想状况，其全面接受天主教，皈依成为教徒已只是一个时间问题。

正当李之藻打算受洗入教时，其家庭状况妨碍了他皈依天主教。同很多晚明士人一样，李之藻有妾。这自然与天主教一妻制的戒条相抵触，利玛窦对此也无能为力。在1608年3月的一封信函中，利玛窦称李之藻因某种阻碍，而未能成为教友。（［意］德礼贤：《利玛窦全集》。转引自方豪：《李之藻研究》，第29页。）而在他的日记中则明确指出这种阻碍主要是李之藻有妾。

在此人充分受过基督教教旨的教导，并且看来甚至渴望领洗之后，对他生活进行的调查表明还有多妻制的障碍，他还在不远的另一个家里安置有姬妾。他们从前没有听说过这一点，也甚至没有产生过怀疑。看来似乎此人更有认识真理的智慧，而没有接受它的勇气。不过，他确实承认基督教的真理，不仅一直在宣讲它，而且还劝别人掌握它，真挚得犹如他本人就是一个新信徒那样。他的几个家属已经奉教，可算作是最虔诚的信徒之列。（［意］利玛窦、［法］金尼阁著，何高济等译：《利玛窦中国札记》，第433页。）

曾德昭在他撰写的李之藻传记中对于此事也有类似的记述：

他是很好奇的，由于他自己的天资及利玛窦神父友谊的帮助，他学习了许多数学新知识。他把神父的几部书译为中文，当他还是异教徒时，他已把我们的教义问答用优美的文笔写出来。据说，当他撰写时，看到该书中为证明我教神圣的有力论据，尽管他并不相信它们为真，他仍喊道：这是多漂亮的文字，叙述得多么精确！但当他开始深究，他终于承认它们是真理，他决心成为一名基督徒。不过那时他本人的愿望没能达到，因为他有许多妻妾之故(在中国，对他那种地位的人入教是普遍的障碍)。（［葡］曾德昭：《大中国志》，第228页。）

由于与天主教戒律相抵触，李之藻在天主教的大门外徘徊了两年之久。在处理有妾的问题上，他远不如另一位柱石杨廷筠果决明断。万历三十八年（1610），李之藻客居京师时染上重病，在病势危急中他终于下定了皈依天主教的决心。

艾儒略（艾儒略，意大利传教士，1600年加入耶稣会，1613年来华，长期在浙江、福建传教，撰有《三山论学记》、《杨淇园先生超性事迹》（由丁志麟笔受）等多种著作。）（Jules Aleni，1582—1649）在《大西利先生行迹》中详细描述了李之藻受洗之经过：

太仆我存李公久习利子，服其器识，凡有所行，多与相商，觉从利子之言则顺，间有不从者，后必有悔也。厥后李公忽患病京师，邸无家眷，利子朝夕于床笫间，躬为调护。时病甚笃，已立遗书，请利子主之。利子力劝其立志奉教于生死之际。公幡然受洗，且奉百金为圣堂用。赖大主宠佑，而李公之疾已痊矣。（［意］艾儒略：《大西利先生行迹》，民国8年铅印本。）

曾德昭所撰李之藻传记中对于李之藻入教经过的描写则有些差异：

所有这些善举，加上他还是异教徒时已实行的斋戒和忏悔，足够条件让他接受天主乐于传授给他的神光。他这时对我们圣教的真理感到满意，很希望领洗；但利神父不愿这样做，因为当时他还有某些障碍。后来他病了，濒于死亡之危，神父只得给他施行洗礼。紧接着，天主乐意，通过行圣礼及行临终涂油式，使他免于时刻等待的死亡，他自己因此终身作忏悔，始终感谢上帝。（［葡］曾德昭：《大中国志》，第293页。）

李之藻孤身一人客居京师，又身染重病。这时利玛窦对他悉心照料、看护，照顾备至。这自然令李之藻感激之至，这种对利玛窦的尊重和感激的感情进一步加深了他对皈依天主教的渴望。当其病笃时，也自然看开了生活中的许多俗务，而更注重于对死后精神生活的追求。在这样复杂的情感作用下，李之藻终于“幡然”受洗，成为天主的信徒。正如研究者们所分析的，李之藻之所以成为天主教的忠实信徒，是与利玛窦多年来对他的调护、关爱、劝导分不开的。这种感情的积累终于在李之藻病重期间得以释放，促成了他的受洗。因此，李之藻之所以在客居京师时入教，他与利玛窦之间的深厚友情在其中发挥了重要影响。

在李之藻病情好转后不久，在病中一直照顾他的利玛窦却因过度劳累而病倒了（据德礼贤记述，当时利玛窦除了照顾李之藻之外，还要不断接待大量的来访者，并负责监督天主教堂的施工，终于导致积劳成疾，一病不起。（参见［意］德礼贤：《利玛窦全集》。转引自方豪：《李之藻研究》，第31页。），5月10日作了临终圣事后，利玛窦在第二天去世，终年58岁。对于这位良师益友的去世，李之藻十分悲痛。尽管自己的身体仍相当虚弱，李之藻还是亲自参与了利玛窦后事的安排。

据《大西利先生行迹》记载，李之藻亲手为利玛窦的灵柩选择上好木材制造棺木，并绘利氏画像以作纪念：

太仆李公经其丧事，市坚木为棺，会士阻之不得，匠人欲速其工，惧天炎而体变。李公曰：“勿亟也，子第加工焉。吾知利子虽百日不坏矣。”越两日始就木。前后诸缙绅来吊者，无不极口称赞。

……自利子没，人多有画其像而景仰之者，太仆李公绘其像于圣堂左。（［意］艾儒略：《大西利先生行迹》。）

在争取朝廷颁赐葬地给利玛窦一事上，李之藻也出了大力。在给利玛窦举行葬礼之后，就有一名出身士人阶层的中国教徒向传教士们建议，上奏朝廷为利玛窦申请一块墓地。一旦朝廷正式下诏赏赐墓地，将意味着天主教在中国的传教事业获得了合法的许可。庞迪我等传教士对于这个建议十分赞赏，于是草拟了一份提出申请的奏章。然后找到李之藻为该奏章进行润色修改。李之藻对此事十分热心，他非常仔细地修订了奏章。为了确保万无一失，他还将该奏章交给他的一些在朝中有相当影响力的朋友传阅，在修正了所有不妥之处后才交给庞迪我上呈。在万历皇帝下诏赐给利玛窦墓地后，李之藻又前往拜访负责礼部事务的侍郎吴道南，劝说他尽快办理赐地事宜。在李之藻的大力推动下，传教士们终于在阜成门外二里沟滕公栅栏获得了一块土地作为利玛窦的墓地。万历三十九年（1611）4月22日，利玛窦的灵柩终于在滕公栅栏下葬。在安葬利玛窦的同时，天主教在华的传教事业也翻开了新的一页。而刚刚皈依天主教的李之藻，也从此开始了他作为天主教柱石的生涯。