钱学森从美国回来的故事至今仍被人传说。

在钱学森的回忆里，1935年正是豺狼横行，国之将倾的年月，因此，到美国去学习先进科技，假以时日可以报效祖国，就成了许多年轻人的选择。

在上世纪二三十年代的留美学生记忆中，“庚子赔款留学生”是一个重要的词汇。由

于美国放弃战争赔款而转化为中国的高教和留学费用，给当时的许多年轻人创造了留洋机会，也造就了中国学生留美史的第二次热潮。钱学森，便是1934年的20名庚款留美公费生之一。

钱学森所选学习方向，本来是由清华大学空气动力学教授王士倬指导，但是，毕业于美国麻省理工学院的王士倬并没有想到另一个困难，即这一领域对中国人的封闭。

在麻省理工学院，钱学森的成绩几乎一直都比其他人更好，1936年便获得美国麻省理工学院硕士学位。但很快他发现了新的困难，任何工程人员必须要一边学习一边实践，但他却找不到实践的单位，因为美国的航空工厂不为中国人而打开。他只有转向理论研究，转攻应用力学。

1936年秋天，钱学森转到了加州理工学院，因为那里有著名的应用力学大师冯·卡门。在进入加州理工学院之前，钱学森特地拜访了这位已经是世界知名的大师，冯·卡门对这位中国学生的智慧留下深刻印象，不仅答应成为他的博士导师，而且答应让他成为他的助手。竭力帮助他克服各种困难完成学业。他让钱学森进入他所领导的古根海姆航空实验室火箭研究小组，提拔其为助手。在这里，他获得了一般中国留学生难以获得的机会。

1938年，他与恩师冯·卡门合作，发表重要论文《可压缩流体的边界层》、《倾斜旋转体的超音速流》。1939年，钱学森获得加州理工学院博士学位，他在这一年8月发表重要论文《可压缩流体的二维亚音速流》，阐明压力修正公式，后被学界称为“卡门—钱学森公式”。

在加州理工学院，钱学森在超音速及跨音速空气动力学、薄壳稳定理论方面对航空工程理论有了许多开创性的成果。他和卡门一起提出的高超音速流动理论为飞行器克服音障和热障提供了依据，为空气动力学的发展奠定了基础。以他和卡门命名的“卡门—钱学森公式”被用于高亚音速飞机的气动设计。1949年他还提出了用火箭助推的滑翔机作为洲际旅客运输火箭的设想和核火箭的设想。和他的老师一样，他也被人称作天才。

在美国，钱学森进入了其他中国人从未进入的领域，并成为那个领域的佼佼者。随着他的老师冯·卡门在美国日益受到国防部的重视，钱学森也变成越来越重要的人物。1943年美军情报部探知德军正在德国境内建立大规模的火箭发射基地，火速拨款成立加州理工学院喷气推进实验室，下设弹道、材料、喷气、结构四组。钱学森任喷气研究组组长，这样的机会，在华人里当属第一。

1944年，冯·卡门成为美国国防部的空军顾问，草拟未来20年美国太空研究的蓝图，特约钱学森到华盛顿参加他领导的国防部科学顾问小组。在这个小组里，他直接参与了美国的未来太空计划修订，又参与调查战后德国的火箭研究情况。他所介入的大量计划，涉及美国国防的高级机密。

这种局面到1947年戛然而止。

关于钱学森的回国，有很多种说法，中国人的说法是，新中国政府一直希望他归国，而美国方面一直不愿意放人，一直到1955年，在周总理的斡旋下，钱学森才能顺利归来。

而美国人的习惯说法是，在50年代初期，因为怀疑钱学森为共产主义的同情分子，他被清理出队，而后又被错误地驱逐。

从1956年起，钱学森开始在中国建设火箭导弹研制机构，并担任国防部第五研究院院长，指导计划协调技术，并从1958年开始研制航天运载火箭。在中国，他被称为两弹一星功勋，拥有极高的荣誉，但这一切与他的智慧和成就相比，并不算是溢美之辞。