。在學習和研究中，錢學森除經常與馮·卡門一塊研究數學問題外，還抓住點滴時間如饑似渴地攻讀一些現代科學技術的基礎理論，有時每天要學習工作十幾個小時。入院不久，他就參加了火箭研究小組，當時火箭技術在人類航空技術史上，還是一片未開墾的處女地。錢學森思維敏捷、才華橫溢，投入研究不久，他就與馬利納聯合發表了《探空火箭飛行分析》的論文，找到了一些飛行計算問題的解答。三年研究生生活即將結束，錢學森以優異的成績，取得了博士學位，並被留在加州理工學院任教，當時他的聲望僅在馮·卡門之下。
不久，美國軍方委托錢學森進行一項重大的軍事研究。於是他和馬利納一起投入了用火箭發動機推進導彈的研究課題。他們提出的報告和馮·卡門的備忘錄，倍受美國軍方讚賞，並完整地接受他們的計劃。美國空軍曾高度讚揚錢學森為第二次世界大戰的勝利作出了重大貢獻。
錢學森的名字和他的老師馮·卡門是聯係在一起的，從（馮·卡門）得意門生到親密無間的合作者，共同在人類的航空科學與火箭技術的研究上，作出了卓越的貢獻。1941年錢學森與卡門合作，創造了“卡門—錢公式”。1949年錢學森發表的關於核火箭技術的論文至今仍被稱為該領域的經典。卡門稱讚他是“火箭技術領域的一位最偉大的天才”。1948年錢學森被選為全美中國工程師學會會長，1950年2月錢學森在紐約發表了時速一萬英裏的火箭已成為可能的“驚人的火箭理論”，成為轟動世界的新聞人物。
正當功名成就之時，一個念頭在錢學森的心中形成，那就是回祖國去，為祖國的建設事業貢獻力量。直返大陸困難重重，他先要到香港。但他從英國領事館得知，簽證困難。1950年8月21日，錢學森飛抵華盛頓，造訪美國海軍軍部次長金希爾，當金希爾問他為什麼回大陸時，他非常坦率地說：“因為我是中國人，我不願意製造武器殺害我的同胞，就是這麼回事。”錢學森剛離開五角大樓海軍次長的辦公室的，金希爾就跳了起來：“我寧可把這家夥槍斃了，也不能讓他離開美國，他無論如何能抵得上三個師至五個師兵力。”然而，錢學森沒有屈服，幾經周折，終於在周恩來總理的關懷下離開美國，並於1955年10月8日上午1時25分，一家人乘火車離開尖沙嘴經羅湖踏上祖國的大陸。
回國後，他傾心於祖國的國防事業，著有《工程控製論》、《物理力學講義》、《星際航行概論》等近200萬字的學術專著，發表航空科技論文20餘篇，為開創和發展我國國防現代化技術，培養研究人才作出了卓越貢獻，受到黨和國家的表彰。
錢偉長是一位在力學方麵有傑出貢獻的科學家。1935年，錢偉長大學畢業，1940年考取了用中英“庚子賠款”招收的留學生，來到加拿大多倫多大學繼續深造，並提出了國際著名的“錢偉長方程”。1942年錢偉長獲得博士學位來到美國，投在世界著名力學家、航空工程學家馮·卡門的門下。被聘為由馮·卡門出任所長的噴射推進研究所研究員。此後，他接連獲得了重大成果，成了馮·卡門的得力助手，薪金也一增再增。
在海外的成功並沒有改變錢偉長報國的一顆赤子之心，他在1946年向馮·卡門提出回國要求，對方以為他嫌薪金少，許諾再給他增加。
錢偉長在馮·卡門心目中有重要地位，但錢偉長想的是報效祖國。馮·卡門善意地告訴錢偉長：“中國還很窮，科學非常落後，沒有資料，沒有設備。回國後對研究工作、對前途是很不利的”而錢偉長卻說：“國家很窮，科學也不發達，正因為這樣它才需要人才。
”但馮·卡門怎麼也不放他回國。後來錢偉長不得不以回國探望親人的名義提出回國要求，馮·卡門隻好同意，並讓他把夫人和孩子一塊都帶來。
為了不引起馮·卡門等人的懷疑，錢偉長在離開美國時什麼東西都沒帶，便悄悄登上了一條駛向中國上海的貨輪。