Finalmente, el 17 de junio de 1923, Vallejo se embarcó rumbo al Viejo Continente en el vapor Oroya, acompañado por Julio Gálvez Orrego. Meses antes había perdido su puesto de docente en el colegio Guadalupe, de modo que nada lo ataba ya al Perú. Dejó tras de sí la fuerte controversia que había generado la publicación de Trilce en 1922 y la primera edición de Escalas melografiadas en 1923. Además, ese mismo año Pedro Barrantes Castro había incluido su novela Fabla salvaje en la serie La novela peruana.

Al llegar a París en julio de 1923, Vallejo asumió la corresponsalía del diario trujillano El Norte, dirigido por su amigo Antenor Orrego, en el que también colaboraban otros integrantes del Grupo Norte. Esta publicación destacaba por sus editoriales críticos y valientes, convirtiéndose en un espacio abierto para escritores jóvenes del país. A partir de 1925, mientras trabajaba en la oficina de Les Grands Journeaux Iberoaméricains en París, Vallejo comenzó a enviar crónicas al semanario limeño Mundial, más tarde a Variedades y luego a El Comercio, además de colaborar con otras revistas latinoamericanas. Estas colaboraciones periodísticas fueron su principal fuente de sustento, aunque constantemente reclamaba el pago por sus artículos.

En 1927 renunció a su empleo en París y pasó a depender exclusivamente de lo que ganaba con sus crónicas. Poco después enfermó y pensó en regresar al Perú, aunque finalmente optó por realizar su primer viaje a la Unión Soviética, experiencia que profundizó su interés político y social. Ese compromiso se reflejaría luego en su libro Rusia en 1931, que recogía sus impresiones de los viajes realizados entre 1928 y 1929. El éxito de esta obra fue inmediato, pues ofrecía un testimonio en castellano de la realidad soviética escrito por un testigo directo.

A inicios de los años treinta, Vallejo también se vinculó con el teatro y con la traducción de autores como Henri Barbusse y Marcel Aymé. Sin embargo, su actividad política lo llevó a ser expulsado de Francia en 1930, lo que motivó su traslado a Madrid junto a su compañera sentimental, Georgette Philippart. Allí participó de manera activa en el debate político y literario, y redactó obras como El Tungsteno y el cuento Paco Yunque.

En 1931 publicó Rusia en 1931 en Madrid, mientras que un tercer viaje a la URSS lo inspiró a escribir Rusia ante el Segundo Plan Quinquenal, obra publicada de manera póstuma. Aunque Vallejo era consciente de que las visitas organizadas a la Unión Soviética estaban diseñadas para mostrar solo los logros del régimen, trató de mantener una mirada crítica, denunciando tanto las limitaciones del periodismo europeo como las estrategias de los burócratas soviéticos para maquillar la realidad.

En los años siguientes, Vallejo volvió a Francia y disminuyó la frecuencia de sus colaboraciones periodísticas, aunque siguió escribiendo intensamente poesía, gran parte de la cual vería la luz después de su muerte en 1938. Durante la Guerra Civil española se alineó firmemente con la causa republicana, asistiendo a congresos y apoyando activamente la resistencia. Incluso consideró regresar al Perú, aunque desistió al saber que solo podría hacerlo bajo la condición de mantenerse al margen de la política, propuesta que rechazó.