参加“科玄论战”，阐明科学与哲学关系
张东荪对哲学问题很早便产生了兴趣。1917年将努力重心转移到文化运动方面后，便十分注重介绍和研究西方哲学。
1923年2月14日，张君劢在清华大学作了题为《人生观》的演讲，认为人生观的特点是主观的、直觉的、综合的、自由意志的、单一的，“惟其有此五点，故科学无论如何发达，而人生观问题之解决，决非科学所能为力，惟赖诸人类之自身而已。”这篇演讲在《清华周刊》272期发表后，素以拥护科学为职志的地质学家丁文江认为，这是玄学对科学的一次进攻，对树立科学的权威有害处，因此立即对张君劢的观点进行批评，正如张君劢所言：“读我文后，勃然大怒曰，诚如君言，科学而不能支配人生，则科学复有何用？”4月12日，丁文江作《玄学与科学——评张君劢的〈人生观〉》，发表在《努力周报》48期和49期上；接着，张君劢作《再论人生观与科学并答丁在君》发表在《晨报副刊》上。这样，关于科学与人生观问题的大论战便开始了。
这场论战所争论的核心问题是：科学能不能解决人生观问题。张君劢认为科学不能解决，主旨是要批评“科学万能”论。他说：“盍二三十年来，吾国学界中之中心思想，则曰科学万能。教科书之所传授者，科学也。耳目之所接触——电灯，电话，自来水——科学也。……一言及科学，若临以雷霆万钧之力，唯唯称是，莫敢有异言。……在此空气之中，我乃以科学能力有一定界限之说告我青年同学，其为逆耳之言，复何足异。”实际上，张君劢的观点，是梁启超在《欧游心影录》中所提出的：欧洲“纯物质纯机械的人生观”把欧洲社会“都陷入怀疑沉闷畏惧之中”，从而导致了第一次世界大战；科学没有给人类带来幸福，却带来了巨大的灾难，“当时讴歌科学万能的人，满望着科学成功，黄金世界便指日出现。如今功总算成了，一百年物质的进步，比从前三千年所得还加几倍。我们人类不惟没有得着幸福，倒反带来许多灾难。”所以，他认为，“欧洲人做了一场科学万能的大梦，到如今却叫起科学破产来。”根据这些，他的结论是:“读者切勿误会，因此诽薄科学，我绝不承认科学破产，不过也不承认科学万能罢了。”可见，梁启超、张君劢等人的意思是反对“科学万能”，并不是完全反对科学。但即使如此，梁、张对“科学万能”的批评，在胡适、丁等科学派看来，是阻碍中国社会进步的、不合时宜的，只能有阻于人们对科学的信仰和科学知识的传播。因此，胡、丁等人自然要起而维护“科学”神圣和尊严，对梁、张进行反击。对此，胡适在《科学与人生观·序》上说：“欧洲的科学已到了根深蒂固的地位，不怕玄学鬼来攻击了。……一到中国，便不同了。中国此时还不曾享着科学的赐福，更谈不到科学带来的‘灾难’。……中国人还不曾和科学行见面礼呢!我们当这个时候，增苦科学的提倡不够，正苦科学的教育不发达，正苦科学的势力还不能扫除那迷漫全国的乌烟瘴气，——不料还有名流学者出来高唱‘欧洲科学破产’的喊声，出来把欧洲文化破产的罪名归到科学身上，出来菲薄科学，历数科学家的人生观的罪状，不要科学在人生观上发生影响!信仰科学的人看了这种现状，能不发愁吗？能不大声疾呼出来替科学辩护吗？”胡适的意见是有道理的。
正因如此，论战开始后不久，梁启超便著《关于玄学科学论战之“战时国际公法”》，提出论战应将问题集中一下，不要牵涉太大，或在枝节问题上纠缠；同时措辞要庄重恳挚，不可有嘲笑或骂语。本来不愿参加的他，还是作了《人生观与科学》，站在张君劢一边；胡适也于5月11日著《孙行者与张君劢》，站在丁文江一边。这样便形成了科学派与玄学派的对垒。
此时任《时事新报》主笔的张东荪，对哲学问题很感兴趣，密切关注着论战的动向。胡适、丁文江主持的《努力周报》，发表了许多支持丁而反对张的文章，如任叔永的《人生观的科学或科学的人生观》，章演存的《张君劢主张的人生观对于科学的五个异点》，朱经农的《读张君劢论人生观与科学的两篇文章后所发生的疑问》，丁文江《玄学与科学的讨论的余兴》，唐钺的《“玄学与科学”论争的所给的暗示》、《一个痴人的说梦》和《科学的范围》等，王星拱的《科学与人生观》等等。张东荪本其“打抱不平”的性格，立即在《学灯》上组织了一批反击科学派的文章，与《努力周报》对阵。对此，他自己解释说：“只因为我有个脾气是不喜欢锦上添花而只欢喜雪中送炭。在丁先生第一篇文章发表时，就有人来报告于我，说丁先生方面已预备有许多人对于张先生自己一个人来‘群起而攻之’。（这个话本是谣言，不过《努力周报》迄至今日除张先生自己的文章外，所有谈到‘科玄论战’的无一不是反对张先生的。）我当时听了这个传闻，虽明知不可靠，但却预料丁先生方面（即攻击张君劢的方面）总不会寂寞的，用不着我来凑热闹。于是我决定对于丁先生来烧一烧冷灶。”他又说:科玄论战，“其事起于张君劢论人生观而有轻蔑科学之言。丁在君起而维护之。一方以为科学不能解决人生，故人生观不能统一。他方以为凡人生无不可入科学，故终可得一定于一尊之科学的人生观。丁在君之维护科学，是也；乃因维护科学之故而侵犯哲学，痛诋玄学为无赖鬼。于是爱哲学者，如屠孝实等，为之抱不平焉。余亦即其中之一人。”故此，张东荪在《学灯》上除刊载了梁启超的《关于玄学与科学论战之“战时国际公法”》和《人生观与科学》外，还发表了孙伏园的《玄学科学论战杂话》，并为梁、孙两文写了编后按，借此表示自己的观点和态度。随后，又刊载了林宰平写的一篇反击丁文江的重头文章——《读丁在君先生的“玄学与科学”》，并加了按语。但他“继而一想，按语总不十分畅达。因此我把按语拿来改编，”便成一篇，以《劳而无功》为题于6月19日在《学灯》上发表。此后，张东荪又在《学灯》上刊载了陆志韦的《“死狗”的心理学》，署名“穆”的《旁观者言》，颂皋的《玄学上之问题》和张君劢的《科学之评价》等论战文章，进一步推动了这场论战的进行。
这场论战，其核心问题应当是“科学的人生观”是什么、科学能否解决人生观问题。但论战开始后，主要围绕着后者展开，而对什么是科学，什么是玄学，什么是科学的人生观等基本问题没有界定，因而参加论战的人数虽多，发表的文章也不少，讨论也很激烈，但很快便陷入混战中，围绕一些次要和枝节问题进行争论，离开了主题。对此，胡适在后来所作的《科学与人生观·序》中批评道：“君劢的要点是‘人生观问题之解决，决非科学所能为力。’我们要答复他，似乎应该先说明科学应用到人生观问题上去，曾产生什么样子的人生观；这就是说，我们应该先叙述‘科学的人生观’是什么，然后讨论这种人生观是否可以成立，是否可以解决人生观的问题，是否象梁先生说的那样贻祸欧洲，流毒人类。我总观这二十五万字的讨论，终觉得这一次为科学作战的人——除了吴稚晖先生——都有一个共同的错误，就是不曾具体地说明科学的人生观是什么，却去抽象地力争科学可以解决人生观的问题。”
在论战开始，孙伏园在《玄学科学论战杂话》中便向论战双方提出：“我以为现在两方都还没有注意到首先应该注意的三个问题，就是:玄学是什么？科学是什么？人生观是什么？”建议两方对这三个名词给予界定。张东荪认为这是个好的意见，在篇后按语中加以肯定，称“这真可谓独具慧眼”，“我本来久想对于双方提出这个忠告，只因懒于动笔，以致未果。”张东荪对“玄学”、“哲学”和“科学”进行了初步的界定：“玄学是狭义的哲学”，科学在哲学之外。基于以前丁张两人论战，均未对科学、玄学和人生观等基本问题作界定，张东荪向双方提出忠告:“就是奉劝两位把这次笔战认为等于运动会的预赛，而不算为正赛。这种预赛即此而止，不再进行。于是重整旗鼓，开始正赛。否则照这样下来，实不能不为两位惜了。”
接着，梁启超在《人生观与科学》中，对“人生”、“人生观”和“科学”作了自己的界定，提出了自己的看法:“人生问题，有大部分是可以——而且必要用科学方法来解决的。却有一小部分——或者还是最重要的部分是超科学的。”张东荪刊载了此文后，也加了《东荪按》，不同意丁文江对科学的界定，丁将科学定义为科学方法，“科学的方法不外将世界的事实分起类来，求他们的秩序。……凡是事实都可以用科学方法研究，都可以变做科学”。张东荪根据自己的理解，给科学作了界定:“科学乃是对于杂乱无章的经验以求其中的‘不变的关系’。这个即名为法式或法则（即许是暂定的）。”他对于丁搞不清玄学与科学的定义表示失望说:“以科学的大忠臣的丁先生，其攻击玄学，未尝对于玄学下明切的定义，诚有可原，乃对于科学亦不能使我们满意，便不能不有些失望了。”
1923年底，亚东图书馆将两方发表在《努力周报》和《学灯》及其他报刊上的论战文章收集起来，编为《科学与人生观》，并请陈独秀和胡适两人作序。陈独秀站在唯物史观的立场上，对这场论战作了批评；胡适则站在科学派的立场上，对论战进行评述，从而将科学与人生观论战推向高潮。张东荪素来对于这些哲学问题感兴趣，关于论战双方的文章，他几乎都进行了研究。他后来说：“论到我个人，我对于这种讨论本来特别感兴味，因为他们所讨论的问题都是我向来想解决而未能解决的，并且是我现在正在努力从事的。”有这种“哲学癖”的张东荪，自然不会随着论战的告一段落而罢休。科学与人生观论战，加浓了他对哲学问题的兴趣，促发了他对科学与哲学性质的思考。张东荪在论战正激烈时，发表了《劳而无功——评丁在君先生口中的科学》一文，赞成林宰平《读丁在君先生的“玄学与科学”》一文的观点。他说：林的文章“把我的文章十分之九都抢了去了。对于丁先生所应当说的话十分之九既被林先生道破了，我今天所所只是一些余义。”在这篇文章中，张东荪提出了自己对丁文江的三点批评：“（甲）我认为丁先生不是真正拿科学来攻击玄学，而只是采取自己性质相近的一种哲学学说而攻击与自己性质相远的那种哲学学说。（乙）我认为丁先生对于科学的真正性质没有说明白。（丙）我认为丁先生对于科学，与汉学的考证混为一谈，这样宣传科学是有害无益的。”他认为丁的观点是采取了詹姆士、马赫的经验论观点；对科学的解释也是不圆满的。
然而，张东荪对丁文江的批评，在这篇六千字的文章中并没有表述清楚，用他自己的话说就是：“本来我想说的话在那篇中说出来不及百分之一。”为此，1924年，张东荪通过自己的进一步思考和研究，便撰著了《科学与哲学》一书，“一则说明那篇的由来；二则补充那篇的不足。”
在这部仅五万余字的小书中，张东荪所重点阐述的是科学与哲学各自的性质和范围，目的是进一步论证两者有着不同的性质和范围、人生观问题并不是科学所解决的范围，而恰恰是哲学所能解决的。后来，他在谈起该书的写作主旨时说:“盖于书专为批评现今论坛上科学与人生观之辨驳而撰也。”对于该书的内容，他归纳为：“余于书中所斤斤言之者即在科学之性质一点；其次则为哲学之性质。以为今之扬科学之大旗往来于闹市者，实未尝真知科学之为何物。”
在该书中，张东荪首先对吴稚晖自然主义的宇宙观和“物欲横流的人生观”进行了严厉的批评。他认为吴氏观察问题的方法就是错误的：“我们对于吴稚晖先生的主张无从讨论其内容，只有从方法上说他是不对的。其不对即在不先以经验的事实为起点，由推理的进路而求原理乃只凭空设立而即演绎下去。”对于吴氏自然主义的“漆黑一团”论，张东荪认为，这是“最幼稚最素朴的”。他批评说：“所以唯物论的玄学家一方面根据宗教上或哲学上最幼稚最粗浅的习惯来说话，一方面又硬拉科学上所不能移于他处的名词来乱用。换言之，即他不知道后来哲学的进化，同时亦不知道科学的进化。所以唯物论在科学上是入室而未升堂的，在哲学上亦是入门而未升堂的。”他认为，科学与人生观的论战，由丁文江的实在论到后来吴稚晖的唯物论，“不是进步与发展，乃是退化与堕落。”
张东荪对丁文江的实在论也进行了较系统的批评。丁是依据皮耳生的观点而来的，丁并不是彻底的实在论，最后又与唯物论认同了。他认为这是丁“上了皮耳生的当，因为皮耳生就是这样不彻底的”，“关了前门开后门的实证论与存疑论，不是真正的实证论与存疑论”。
张东荪对科学与哲学的性质和范围进行了阐述。他认为，知识是一种抽绎作用，把具体的变为抽象的，“则科学的性质便可推知，自不外乎根据这个本来的性质而进一步”。他坚持在《劳而无功》上给科学的定义:科学乃是对于杂乱无章的经验求其中的比较不变的关系。他说:“我以为科学是注重在从事象间抽出比较上恒定的关系，自然比皮耳生所说的对于事象分类以求秩序要精密一些了。”哲学与科学的不同处在于:“我以为科学好象芭蕉一样，一层一层皮叶长大起来，自然一天一天厚肥了。而哲学则是对于已成的芭蕉一层一层剥下来。所以科学是顺进的，哲学是逆进的；科学是经验的堆积与知识的开拓，而哲学则由开拓而逆探其原始，由堆积而返窥其起点。所以从哲学以观科学，便知道科学不是摹写世界，乃是改造或创造世界。”他又说:“哲学以逆探知识的本性为职志。其结果从知识的本性上发见价值与理想，因为一切价值的根源是所谓甲与甲的同一原理。”