美國海軍部還很快成立一個海軍軍工實驗站，繼續從事軍工研究，並希望周培源參加。但他們要求，外籍人員必須加入美國國籍。周培源考慮當時赴美參加反戰科研工作，是為了打敗日本侵略者；現在二戰已經結束，沒有必要再留在美國，就婉言謝絕。這是他第二次拒絕加入美籍。
1946年6月，周培源代表中國中央研究院，參加英國皇家學會舉辦的紀念牛頓誕辰300周年會議和國際科學聯合會理事會。9月去法國參加國際應用力學大會，在會上做了學術報告，並當選為理事，同時還當選為新成立的國際理論和應用力學聯合會理事。10月回到美國。這時國內戰事又起，他的一些親朋好友都勸他不要回國。可他不願把自己的生命之樹定植異國他鄉，1947年2月與夫人攜3個女兒毅然回到他日夜思念的多災多難的祖國，繼續在清華任教。
1年以後，周教授再次應邀赴英國參加國際應用力學大會。由於國民黨政府在國際上的地位一落千丈，在理事會開會和會議宴請時，大會主席竟把他的座次排到最後和倒數第二。他深深感到，即使作為一名科學家，在他從事國際科學交流活動的背後，也必須有一個強大的祖國做後盾。
1948年11月7日，周培源從英國回到北平。1949年北平解放後，周培源先後出任清華大學教務長和校務委員會副主任等職，承擔了大量學校領導工作和教務工作。1952年全國高等學校院係調整之後，周教授離開清華到了北大。
誨人不倦，為人師表，孜孜以求
周培源主講理論力學和相對論等理論物理課程，由於課講得生動有趣、富有深度和邏輯性、出題和解題思路也非常之妙，因而常能把學生帶入一個全新的境界。以致半個世紀之後，他的一些學生還能清楚記得他的第一堂課、第一次考試和第一次聽他的學術報告的生動情景。
一位50多年前聽過他講課的院士說：“第一次聽周老講理論力學課時，他向我們提出了一個我們從未思考過的問題——牛頓的三大定律可不可以歸結為兩大定律？這一下把我們都難住了。然後，他一步步向我們解釋牛頓力學並不是孤立的、沒有內在聯係的三大定律，一切物理理論都有它的內在邏輯。正是這第一課，激發起我對理論物理學的濃厚興趣。”
他的另一位學生說：“周先生經過多年積累，收集了各式各樣的力學難題，有時就以這些難題作為習題或考題讓同學們做，目的在於訓練同學們的思維方法，讓同學們明白，在探索某一問題的科學解答時，首先要找出解決這一問題的正確思想方法，否則你就會陷入誤區。”
還有的學生說：“周老是一位很嚴肅的學者，但也不乏風趣，有時講課就像講故事，讓你聽得入神；並鼓勵、啟發學生提出問題，展開熱烈討論。”
更為可貴的是，周老教了一輩子書，有些課程內容已熟得可以“倒背”出來；但每次講課他都認真備課，寫出新的講課提綱。
據周老當年的學生兼助手回憶，周老十分重視對學生的基本訓練，培養他們分析問題的能力、提出自己看法的能力、明辨科學是非的能力、解決實際問題的能力。他經常強調“學生的基礎打不好，以後就別提了”。並說：“讀書不能滿足讀懂，而要能會用才算掌握。力學尤其如此。單做習題是不夠的。應該接觸實際，學習解決實際問題的方法。”
他還特地把一位大學剛畢業、即將走上科研崗位的學生約到自己的書房裏，鄭重其事地向他提出3條建議：“第一，在畢業後的一年內，要把過去所學的主要課程，不管對現在的科研工作有沒有用，都複習一遍。有些可能你從事的專業永遠也用不上，但這些課程中的一些解決問題的思路、方法和技巧，很可能對你今後的工作會有重要啟發。這些都是基礎，基礎不牢就蓋不了高樓。畢業後不抓緊複習鞏固一下，過幾年就會忘光了。到時候再補，不如現在鞏固效果好。第二，搞科研就像打仗一樣，開始實力不夠，不能搞全線出擊，一定要重點突破，抓住一點深入下去。科研不同於教書。它是創造性工作，千萬不能搞萬金油，樣樣通、樣樣不精是不行的。第三，科研工作是十分艱苦的，一定要勤奮。我這個人就很笨，但我勤奮，要以勤補拙。”
周老的這些至理名言，是他多年科研實踐的總結，他的許多學生都按他的教誨去做，都取得了非常好的效果。
學生們至今都清楚地記得，周老如何指導他們閱讀論文，如何指導他們選定論文題目，如何指導他們進行科學實驗，如何指導他們撰寫論文，以及如何逐段逐句地幫他們修改論文。