从“东方MIT”交通大学毕业的钱学森，考取了清华留美公费生，在清华大学进修一年航空工业课程后，整理行装，正式踏上了西行求学的征程，他的目的地是“MIT”——赫赫有名的麻省理工学院。麻省理工学院坐落在美国波士顿，与哈佛大学比邻而居，被誉为“世界理工大学之最”，它的自然及工程科学专业享有极高的声誉。当时，交通大学是按照麻省理工学院的模式建立起来的，钱学森对这个美国名校早有耳闻。对擅长数学的钱学森来说，在这里学习，确有如鱼得水、得心应手的感觉。然而，在异国生活的孤独感，不时袭上他的心头。而最令钱学森不能忍受的，是美国人对中国、对中国人的那份歧视。一次，美国同学当着钱学森的面，耻笑中国是个愚昧落后的国家，中国人裹脚、不讲卫生，等等。钱学森拍案而起，非常生气地说：“中国作为一个国家，确实比美国落后；但是作为个人，你们谁敢和我比一比，看到学期末，谁的成绩好！”美国同学不吱声了。钱学森自此更加奋发努力，仅用一年的时间，就完成了飞机机械工程硕士课程，拿到了麻省理工学院的硕士学位证书。然而，钱学森虽然成绩优异，却无法进入飞机制造厂参加实习，因为美国厂方只准许美国学生入内。学森刚到美国一年，心中的救国宏愿、深造梦想，让他绝对不允许自己就这样放弃。钱学森决心再一次改变专业方向，从飞机机械工程转为航空理论，后者需要扎实的数学基础，而这正是钱学森的专长。航空理论的研究权威冯·卡门，成为了钱学森心目中新导师的不二人选；他所执教的加州理工学院，也成为了钱学森选择攻读博士学位的学校。加州理工学院是一个注重学生创新能力的地方，冯·卡门也是一位推崇创新精神的人，他不喜欢毫无创造性的解题方式，喜欢有开拓性思维、思想活跃的学生，鼓励学生们围绕学术问题，在讨论班上争论、甚至争吵。在这种浓郁的学术氛围中，钱学森的思路一下子活跃起来，虽然他个性有些内向、平时不太多话，然而涉及到学术问题，钱学森总是敢想敢说。连和自己的导师冯·卡门在学术上有了分歧，钱学森也会直言不讳地当面质疑。

在冯·卡门的悉心指点下，1939年6月，钱学森获得了加州理工学院的航空、数学博士学位，这张学位证书一直珍藏在他的身边，直至去世。