1925年底，徐介藩考入广东航空学校第二期，学习空军驾驶，和他同期的学员有常乾坤（新中国成立之后任空军副司令员，1955年被授予空军中将军衔）、李乾元、黎鸿峰（越南人，黄埔二期毕业）、龙文光（红军历史上第一位飞行员）、毛邦初（后任国民党军空军副总司令）、张廷孟（后任国民党军空军参谋长，黄埔三期毕业）、余世沛、李玉英（女）等。

　　1926年2月，徐介藩由广东航空学校同学李清源和戴勋二人介绍，重新加入了中国共产党，不久即任中共广东航空学校特别小组组长、广东航空学校掩护队副队长。

　　为了更好的学习航空知识，将来保卫祖国的领空，徐介藩和常乾坤等人多次向组织上申请赴苏联航空学校深造。不久，北伐战争开始，航空学校的许多学员和仅剩的两架教练机被征调到前方参战，学校正常的训练无法继续进行了。在苏联顾问的建议下，广州国民政府决定选派航校部分学员到苏联留学。1926年6月，徐介藩与常乾坤、李乾元、黎鸿峰、金震一（朝鲜人）等12位同学一起乘船到上海，然后远赴苏联学习。

　　1926年7月到达苏联后，徐介藩和常乾坤被安排到列宁格勒红军航空理论学校学习。这里无论是学习环境还是实践条件都好于广东航校，徐介藩系统地学习了空中领航学和空中射击学等专业知识。1927年，徐介藩转入红军第二飞行学校，学习飞机驾驶技术。

　　1928年10月，徐介藩转入莫斯科东方大学二年级学习政治。1929年4月，徐介藩正式转为苏联共产党（联共）候补党员；10月他从东方大学毕业以后，被苏联内务部分配到远东地区的斯沃博得内公安部门反特务科担任干事。1931年被调往布拉戈维中斯克（即海兰泡）州公安部门担任责任科员。1932年4月，他从组织上得知了一个好消息：苏联共产党（联共）批准他成为联共正式党员，并且他可以领到苏联护照！

　　在苏联远东地区工作期间，由于公安反特工作的特殊性，徐介藩被迫断绝了与安徽老家家人的一切书信联系。

　　在孤单寂寞的异域他乡，爱神悄悄地向过了而立之年的徐介藩走来！年轻有为的徐介藩，在布拉戈维中斯克工作期间，勤勤恳恳、任劳任怨，受到了苏联同志和上级领导的一致好评，而单位中一位叫做马尔多夫斯卡的苏联女青年深深地爱上了这位来自中国的同事。在领导和同事们的撮合下，1933年，徐介藩与马尔多夫斯卡喜结连理。

　　1934年9月，徐介藩被调到符拉迪沃斯托克（即海参崴）公安部门担任科长。1936年正式加入了苏联国籍。在符拉迪沃斯托克工作期间，徐介藩多次受到苏联上级领导部门的奖励，曾经荣获过银表、手枪等奖品。9月，他被调到乌苏里斯克（即双城子）公安部门担任科长。

　　自己的祖国近在咫尺，却不能回去，身在异国的徐介藩经常感到惆怅，他思念他的家人，思念他的战友：看到祖国美丽富饶的东北三省沦陷于日寇的铁蹄之下，徐介藩恨不得自己马上回国，投身到轰轰烈烈的抗日救亡运动中去！

　　中国抗日战争全面爆发的消息传到苏联以后，身在异乡的徐介藩备受鼓舞，当得知常乾坤等老同学纷纷回国参加抗战的消息，徐介藩再也坐不住了！1938年底，徐介藩向苏联公安部门递交了辞职书，返回莫斯科，找到中共驻共产国际代表团，要求回国投身抗战。在等待期间，徐介藩在莫斯科外交出版社临时找了一份翻译工作。

　　组织上考虑到工作方面的实际需要，没有答应徐介藩回国的请求，决定把他留在共产国际工作。1939年7月，徐介藩调入共产国际干部部东方干部处担任专员。在这里，徐介藩了解到国内抗战的形势，接触了毛泽东