錢學森認為，休學一年對他大有好處。這一年間，他還有機會讀到了一些新思潮的著作，對當時的社會有了新的認識，他的思想也發生了變化。
1931年9月，當錢學森重返大學校園時，他明顯對學校每周一早上8點在禮堂舉行儀式，接受校長的訓話產生反感。正好這時有人來動員他加學校的銅管樂隊，這個樂隊在每周一早上隻要給儀式伴奏後就可以退席，不必再等著聽校長訓話。錢學森欣然參加，並且認真訓練，很快學會了吹奏中音號。
音樂是錢學森童年時期就有的一大愛好，他也始終保持好著對音樂的特殊熱愛。他在上海交大時，每次得到獎學金後就會去繁華的南京路上購買唱片。
但錢學森平靜而富有色彩的校園生活並沒有持續太久。1932年1月28日一大早，錢學森被一陣隆隆的炮聲驚醒，天空中出現了很多日本飛機。飛機呼嘯而過後，上海陷入一片火海，很多教堂、醫院、學校、工廠被夷為平地。
如果不是這次近在咫尺的戰爭，錢學森有可能還會繼續實現他父親最初願望，成為一個製造火車的工程師。然而，頭頂上日本飛機的肆意轟炸，以及中國軍隊對日本空襲的無能為力，讓錢學森對自己的專業感到興味索然。
據當時的資料記載，當時日本陸軍和海軍擁有飛機2000架，中國隻有270架，而且其中隻有90架飛行狀況算得上安全。日本此時已發展出完整的航空工業，而中國的飛機全部來自進口，隻在杭州、上海、武昌、南京等地有零星的修理廠。
錢學森感到，科技競爭的領域已經開拓出新的疆界，遼闊的天空是富國強兵的下一個必爭之地。
畢業前，錢學森跟同學們一起，來到了北京郊外的南口火車站，參觀詹天佑設計的鐵路。由留美回國工程師詹天佑設計的京張鐵路，稱得上是中國人自主設計的第一條鐵路。
然而，錢學森的這次到來，與其說是一次對鐵道界前輩的一次緬懷，不如說是一次對鐵路的告別。錢學森望著延伸到遠方的鐵軌，再次思考著自己的未來。
以錢學森的成績，他本可以十拿九穩在交通部謀一份設計火車的好差事，足夠過上非常舒適的生活。但錢學森報考了清華大學的庚子賠款留學生，他決定去美國學習飛機設計。
最終，在獲得這一屆庚子賠款留美獎學金的20人名單中，還有日後對中國的各個方麵產生巨大影響力的人物，如曆史學家夏鼐、空間物理學家趙九章、水利專家張光鬥等。錢學森是其中唯一進修航空學飛機設計專業的學生。
異國追夢
1935年8月，錢學森從上海登上“傑克遜總統”號郵輪，前往一個遙遠的大陸，去尋找實現心中夢想的道路。他的身後，是一塊戰亂頻仍的土地，他的無數同胞在自己的土地上遭受著欺淩和侮辱，他想要以自己的力量幫助他們走出苦難境地。但對這樣一個24歲的青年來說，前途如茫茫大海，一時望不到理想的彼岸，但不管怎樣，他出發了。
經過了一個多月的海上顛簸，錢學森來到了美國東部的波士頓市，美麗的查爾斯河靜靜流過，著名的麻省理工學院就位於查爾斯河畔。
建立於1861年的麻省理工學院是美國一所綜合性私立大學，是世界最富盛名的理工科大學之一，其自然及工程科學在世界上享有盛譽，學校的管理學、經濟學、哲學、政治學、語言學也同樣優秀。
因為上海交大實際是照搬了麻省理工的教育方法，到了波士頓不久，錢學森很快就在學習上如魚得水。
在麻省理工學院流傳著這樣一個故事：有一天考試，一個教授出的都是偏題怪題，很多學生不及格，大家都憤憤不平，認為是教授故意使他們難堪。一些學生就去找教授說理，剛走到教授的辦公室門口，他們看到門上張貼著一張試卷，考題全部答對而且卷麵整潔幹淨，甚至沒有一處修改塗抹的痕跡，那是錢學森的試卷，大家沒有說話，安靜地走開了。
但實際上，錢學森從一開始就不習慣這裏的學習生活，他對那些比較強調動手的課程明顯感到吃力，優異的功課成績，也不能避免他因為操作工具的笨拙而受到同學們的嘲笑。
同時，帶有屈辱烙印的庚子賠款留學生，以及美國人對中國人的瞧不起的態度，也讓他生氣。他經常一個人去聽波士頓交響樂團的演出，一個人在教室裏安靜地看書，一個人在校園裏沉思，打發孤獨的時間。
1936年的秋天，錢學森以全班第一的成績通過了各門課程的學習，僅用了一年就取得了航空工程碩士學位。但錢學森對此並不感到興奮，因為他必須做出一個選擇，將來是戴著一個碩士頭銜回國找一個待遇不錯的差事，還是留下來繼續攻讀航空工程博士學位。
錢學森想要留下來繼續學習，但按照麻省理工的規定，攻讀航空博士必須先到航空工廠實習。而當時美國的航空工廠出於技術保密或者種族歧視的原因，並不歡迎中國人。此外，經過一年的學習，他感到自己的方向應當是理論研究，而注重動手能力的麻省理工學院顯然與他的方向背道而馳。
還有一個障礙來自父親錢均夫。在他看來，中國知識分子的問題就是空談救國，兒子不該學習什麼航空理論。
蔣百裏是錢鈞夫的浙江同鄉，錢均夫在日本學習教育時，蔣百裏正在日本學習軍事，後來以第一名的成績從日本陸軍士官學校步兵科畢業，榮獲了日本天皇頒贈的“神聖之劍”。在學校裏，日本軍人把蔣百裏、蔡鍔、張孝準並稱為“中國士官三傑”。