她因“性近”而學畫，出乎本性而作畫，對待藝術她率真而隨性。歐洲五年的學習，打下扎實的繪畫基礎。盡管“當時師友皆深知其造詣甚高，可以一鳴”，她卻甘于寂寞，潛心磨練，不慕虛名：“末嘗以習作為創作，或出品莎龍博一時之虛榮。”她對藝術有自己的見解,并不盲從：“個性倔強，不以業師之作風為模范，而欲探索古畫之真諦，且好古不濫。留比三年，終不受佛蘭德畫宗呂班斯(即呂本斯)之影響，蓋嫌其肉重于靈，華勝于實。此時志趣已集中于意大利佛羅朗斯派，推崇文西、波蒂哲利、米克郎諸大師神形兼備之畫風。
蔡威廉還是一位早期美術教育的先驅者。學成回國后，在父親蔡元培的支持下，她參與了國立藝專的創始工作，是該校首批教師之一，也是該校任職最長的教授之一。在學校期間，她把主要精力都投入到了教學工作中。她教學審慎，愛護學生，講話少而啟發多，但又嚴格要求，一絲不茍，在師生中有良好的口碑。她認為，作畫不要一味追求“形似”，而應該力求“神似”，就像翻譯一樣，可以直譯，也可以意譯，而且意譯會更生動。她還非常講究教學方法，注重引導學生的興趣，激發學生的才華。在一次學生作品展覽中，她發現了吳冠中的超人才華，便提出用自己的一幅油畫換他的一幅水彩畫，使年輕的吳冠中很受鼓舞，銘感終身。在蔡威廉等一批留洋教師先進開放的教學下，塞尚、馬蒂斯、畢沙羅、凡·高、畢加索等一批歐洲現代派藝術大師成為國立藝專學生的偶像。蔡威廉對西方現代派藝術在中國的啟蒙和傳播，功在千秋，篳路藍縷。著名畫家劉開渠曾感嘆：“在舊中國能有像她這樣的女畫家是極難得的!”
在眾人多趨附新潮、熱衷走捷徑的現實面前，蔡威廉默默走自己的路，她給學生指導素描時“觀察穩重而銳利，看得準，改得準，要求嚴格，一絲不茍”。半個多世紀過去，她的學生還忘不了蔡先生那句輕柔和悅的口頭禪：“不要胡畫!”
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