北伐戰爭以後，清華大學改為國立。在梅貽琦校長主持下，以葉、馮、陳諸院長和教務長、總務長組成的評議會，以及教授會的領導下，清華飛速發展，到30年代中期業已成為聞名中外的中國大學。30年代初，清華理學院已增設生物係、地學係（包括地質和氣象）、心理係；1931年又成立工程係，後改為土木係；以後逐年增設電機係、機械係、航空係等，並成立工學院。所有這些係科的增設、教授的聘請，都傾注了葉先生大量的精力與心血。
抗戰中，清華、北大、南開在昆明聯合成立西南聯合大學。葉老師為了給國家積蓄科技力量，在昆明用清華基金設立農業、無線電、航空等5個研究所。
在葉、馮、陳院長的倡導下，清華在20世紀30年代初期首先成立各係的研究院，招收研究生，為我國培養了許多學術人才。如吳晗、費孝通、彭桓武、陳省身、許寶祿、林家翹、汪德熙、陳新民、趙九章等，都曾在清華研究院學習過。
在教書育人方麵，葉企孫敢於打破常規、“獨斷專行”。最為人們所傳頌的，就是他支持熊慶來，把隻有初中學曆、做小店員的華羅庚一步步擢升為大學教員，讓他登上清華的講壇。另一件事，就是把一位被舊社會稱之為“聽差”的青年勤雜工聘為儀器保管員，並輔助教授們講物理課。這位工人，就是後來被抗日名將呂正操讚譽為“中國愛國知識分子的一個典型”的閻裕昌烈士。
葉企孫在教學工作中強調“無為而治”，也就是實效。資深院士胡寧是原北京大學理論物理所所長，30年代曾聽過葉企孫老師講課。據他回憶，葉老師慢慢地講解課的內容，斟酌著每一句話、每一個字。在講課的同時，不斷地對他所講的物理問題仔細地分析和推敲，好像自己也是初次接觸到這個課題一樣。聽課的同學自然而然地受到他的感染，跟著他一起思考。當葉先生得出一個重要結論或導出一個重要公式時，大家都有一種共同創造科研成果的新鮮感。
老清華物理係那時課程不多，但都是精選的重點課。4年當中，一共隻學了大學普通物理、理論力學、熱學熱力學、電磁學、光學和聲學、電動力學、量子力學、統計力學、近代物理、原子物理、相對論、無線電學等12門課，每學期隻有一兩門主幹物理課。葉企孫先生倡導課餘自學參考書。他在每講完一個課題後，總是給同學們列出一些相關參考書，引領大家漸入佳境。
在講課的時候，葉企孫先生總是從聽課學生的特點出發，摒棄一般講員以教學體係為中心或是以教師自我為中心的滿堂灌的教學方式。葉企孫從不為了趕進度而講課。他強調講課內容要少而精，並且常將教學大綱中不必要的內容舍棄掉。
葉企孫還注重理論聯係實踐，著重於講清物理現象和物理概念，啟發學生的形象思維。例如，當他導出一個物理定律的偏微分方程式之後，便圍繞這個數學公式，詳細講述每個數學符號所代表的物理現象、物理思想和實驗過程；連正、負號表示什麼具體的物理意義，都解釋得非常清楚。許多學生說，正是聽了葉老師講的物理課以後，才真正懂得什麼叫做物理學，才被引入科學的大門，才學會如何學習物理學。
葉先生不但對本專業有很深的造詣，而且善於觸類旁通地運用其他學科的知識教育學生。有一位學生物理和數學學得不好，他就安慰學生說不要著急。聽說這位學生文史科目考得很好，他就舉例說，學《史記》就要弄清：為什麼司馬遷要用“誌”、“本紀”、“列傳”這樣的體係框架來描寫這一段社會曆史的發展。司馬遷用敘述代表人物的方式來反映這一時期的社會盛衰、興亡的內涵，用“誌”來敘述社會發展的總麵貌，用“太史公曰”來總結、評論某一人物在社會曆史發展中的作用。讀史貴在融會貫通，弄懂它，不在於死背熟讀某些細節；學物理也是一樣，也是重在弄懂，不要死背公式、熟記定律，懂了自然就記得，會用就肯定忘不了。所以，能學好曆史，同樣也能學好物理。
視學生如子女，嚴師育出高徒
葉企孫是最受學生歡迎、最善於接近學生的大學教授之一。在清華大學物理係27年中，他的家是學生們最愛去的地方。他對每一級入學新生都要親自麵見，逐個談話，甚至在小本子上記下學生的籍貫、所畢業的中學，以及家境條件等。
1998年，李政道在上海敬業中學紀念老師葉企孫誕辰100周年大會上說：“他（葉老師）對我說，你的實驗不行。若實驗不行，則理論分數絕不給100分。葉師這番話給我的印象極深。葉師不僅是我的啟蒙老師，而且是影響我一生科學成就的恩師。”
沒有葉企孫就沒有今天的李政道。李政道入學後不久，葉企孫即發現他的自學能力超常，理論基礎高過同輩。因此，葉企孫讓李政道不必再來聽自己講的理論課，而專攻實驗課。葉企孫並不是要李政道掌握實驗技巧，而是要他通過物理實驗的實踐建立深刻的感性認識，從而深入地認識理論與實驗的關係，牢牢地記住任何理性思維絕不可脫離實驗根據——這是培養科學精神的關鍵，否則就絕對做不出真正的科學成就。李政道剛讀完大學二年級，葉企孫就決定破格送他去美國讀博士，11年後李政道獲得諾貝爾物理獎，打破了中國人獲諾貝爾獎零的紀錄。而李政道當年上大學二年級時的理論考試試卷，葉企孫一直完好地珍藏著，足見他對學生的一片良苦用心。