1929年9月，钱学森考入上海国立交通大学机械工程学院攻读铁道机械工程专业。1930年暑假，因感染伤寒及体弱，休学一年。借此机会，他接触到科学社会主义，他先后阅读了普列汉诺夫的《艺术论》、布哈林的《唯物论》和胡适的《中国哲学史大纲》。1931年9月，钱学森回到学校上大二，积极参加学生运动，接触到共产党相关的组织。1932年1月，日本进攻中国的“一·二八事变”爆发后，他积极参加交大学生的抗日活动。在大三学习期间，钱学森喜好音乐还曾加入了交大的管弦乐队。1934年7月，钱学森以国立交通大学机械工程学院第一名的成绩毕业。
1934年夏，钱学森参加了清华大学留美公费生考试，其中“航空门（机架组）”名额只有一个，而来自全国各地参加考试者都是各校学业优秀的毕业生，最终钱学森以航空专业第一名的成绩被录取，开始涉足航空工程领域。为了在留美之前补习一些航空相关知识，钱学森在空气动力学王士倬教授的指导下，先后前往杭州笕桥的中央飞机制造厂、南昌第二航空修理厂、南京第一航空修理厂、上海海军制造飞机处等地进行为期一年的实地考察和进修。1935年夏天，钱学森前往清华大学参观并见到王士倬和王助两位导师，导师不仅引导钱学森重视航空工程实践和制造工艺的探讨，而且非常的注意让即将留学海外的钱学森全面了解中华文化，提升对祖国的热爱之情。
1935年8月，钱学森赴美启程前和同学说：“现在中国政局混乱，豺狼当道，我到美国去学技术是暂时的，学成之后，一定回来为祖国效力。
1935年9月至1936年夏，钱学森就读于美国麻省理工学院航空系，仅一年就获得了航空工程硕士学位。1936年秋，前往加利福尼亚州拜访世界力学大师冯·卡门（von karman）教授，并于1936年10月转入美国加州理