利用自己在歐洲政界廣泛的社會關係，陳季同在中俄伊犁問題和中法戰爭的交涉中，都發揮了不容忽視的作用，擴大了中國的國際影響。
在法國留學時，陳季同與一位美麗的法國少女賴媽豁結婚，一同回到中國。新婚不久，他竟然又喜歡上了一個英國籍的歌女。法國妻子賴媽豁得知後怒不可遏醋意大發，多方察訪，終於打聽到了這個英國歌女住在上海虹口租界。於是在一天清晨，賴媽豁順手從抽屜裏拿出丈夫的手槍放在風衣裏，一路走到那個英國歌女的住所。當時，英國歌女正在梳妝，而陳季同正躺在情人的沙發上讀報。隻見賴媽豁怒氣衝衝地闖進來，表明身份後就掏出手槍要求決鬥。英國歌女自知理虧而默然不語，任賴媽豁責罵。而陳季同看到這一場景，非但沒有調停的意思，反而哈哈大笑覺得有趣，其放蕩不羈可見一斑。後經親友調停，這場風波終於停息了。在之後的婚姻生活中，風流的陳季同雖常有出軌之事，卻與法國的結發妻子賴媽豁恩愛至老，彼此不離不棄。
陳季同在歐洲的外交活動的結局很令人遺憾。1891年，由於私債糾紛，陳季同被清政府撤職，黯然回國。雖然次年他又被官複原職，但他從此再也沒有踏上歐洲一步。
作為一名外交官，陳季同雖然黯然離歐，但是作為一個作家，他的著作取得了輝煌的成績，長久地留在了歐洲。陳季同通曉法文、英文、德文和拉丁文，特別是法文造詣在晚清中國可謂獨步一時，於西方文化也有較深入的了解，同時又有深厚的國學修養。在陳季同之前，歐洲還沒有出版過中國人用西文寫的書，陳季同是第一個出版西文著作並獲轟動影響的中國人。陳季同一生用法文寫作了八部作品，分別是《中國人自畫像》、《中國人的戲劇》、《中國故事集》、《中國的娛樂》、《黃衫客傳奇》、《巴黎人》、《吾國》、《英勇的愛》。除了最後一種外，其他著作都在巴黎初版。1884年7月，《中國人自畫像》在巴黎出版，時值中法戰爭，法國公眾對於中國因缺乏了解而充滿敵意。此書將一個文化悠久、風景如畫、飄溢著清茶芬芳的東方古國直接展現給法國讀者，在很大程度上改變了他們對現實中國的偏見。書出版後引起轟動，年內再版五次，兩年內已印至第十一版。法蘭西第三共和國政府因此授予陳季同“一級國民教育勳章”，表彰他所做出的文化貢獻。陳季同的《黃衫客傳奇》是目前所知第一部中國人以西文創作的中篇小說，遠早於林語堂的同類作品。
1897年，陳季同與其弟陳壽彭在上海合辦《求是報》。他從創刊號起，一直擔任“翻譯主筆”，譯介西學，連載其所翻譯的法典，宣傳維新思想，頗具影響。先後刊登過《法蘭西民主國立國律》（又作《拿布侖立國律》）、《拿布侖齊家律》、《法蘭西報館律》等十二篇。據《福建通誌·列傳·陳季同傳》記載，陳季同“精熟於法國政治並拿破侖律，雖其國之律師學士號稱老宿者莫能難。”
陳季同翻譯出版了雨果的小說《九三年》及劇本《呂伯蘭》、《歐那尼》、《銀瓶怨》，莫裏哀的《夫人學堂》及左拉的《南丹與奈依夫人》等著名作品，成為近代中國“譯介法國文學的一位卓有成就的先驅者”，是我國研究法國文學的第一人。
晚清文學名著《孽海花》的作者曾樸稱陳季同是他學習“法國文學的導師”，說自己譯介外國文學的活動，乃至“發文學狂”的主因，“大半還是被陳季同先生的幾句話挑激起來”。英國大漢學家翟理思等人，就稱讚他法國語文知識極為廣博，說他談起法國當時的各文學流派及其優劣得失來能如數家珍。
1898年，陳季同支持創辦了近代中國第一所女學堂——上海中國女學堂，其妻法國人賴媽豁為學堂的洋提調，起草了“中西合璧”的日課章程，夫婦倆均對現代教育做出了貢獻。
20世紀初，陳季同還曾在南京主持翻譯局。有記載說他“每當譯書時，目視西書，手揮漢文，頃刻數紙”。中西學功底深厚的他，翻譯出手如此之快，堪稱譯界奇才。