舉家搬遷至北京是錢學森童年最大的一件事。進城時，他還是蹣跚學步的幼童，待到15年後離開時，他已經是一個少年了。
無論過去還是現在，北京都是中國城市中政治色彩最濃厚的一個。在長達3000年的時間裡，它是國家的政治中心，在過去的500年裡，這裡是首都。1908年，就在錢學森一家進京前不久，北京70萬居民中，約有1/3是清王朝的軍政人員。當錢學森到達這裡時，他很可能會看到這樣的景象：街道上身著藍布長袍的官員穿梭往來，這身裝扮在當年的京城是上等人的標誌，就像今日華盛頓特區滿眼的灰色條紋西裝。
在北京生活的15年，讓錢學森得以吸納這裡積澱千年的文化，同時也目睹了古老中國現代化的動盪轉型。耳濡目染京城恢宏雄偉的宮殿高牆，絢爛奪目的奇珍異寶，不可避免地在他心中打下以北京為傲的烙印，這種驕傲與他的自信合二為一，成為影響他終生人格的一部分。
親友們已經無法準確記起錢學森初到北京時的住處位於何方，只有記憶裡一個模糊的影子，彷彿是宣武門外的某個寧靜的宅子。如果它像當時京城大多數中上之家的典型住宅一樣，那麼就應該是個北方風格的四合院，正房的窗戶朝南，以便采光取暖，而厚重的北牆則負責抵禦風沙。大多數家庭中沒有現代化的水電管線，只能以油燈照明，煤爐取暖。只有最富有的人家才用得上自來水，其餘的則要購買井水。每三五條街就有一座水鋪，通常有兩三間房，一口水井，持照經營的老闆下面是十幾個挑水夫。這些挑水夫每天推著裝滿兩大桶水的水車走街串巷，賣水為生。當時的家庭中還沒有沖水馬桶，挑糞工負責清理茅房，收集起來的糞便被曬乾，裝袋，由駱駝馱往城外，賣做肥料。
北京的一切，無論是住宅、街道還是文物古跡，都是為了強調等級之分而設計的。城牆拱衛下的京城，越是達官顯貴，便越接近內城。從外向內，依次是旗兵駐紮的滿城，達官顯貴居住的小皇城，以及位於京城核心的紫禁城。在這座世界上最偉大的建築中，居住著皇帝一家，全盛之時，數萬名太監、宮女、廚師和園丁在宮室亭台間穿梭往來，為皇室提供服務。
然而，北京的大多數房屋卻與這些皇室建築形成鮮明對比。登高遠眺，一片灰瓦仿如深沉的海洋，翹起的屋簷則是浪尖。錢學森很少有機會見到北京的陰暗面。一條污水溝穿過城中貧民和苦役聚居的地區，每當大雨傾盆而下，便會污水四溢，淹沒民居。許多孩子淹死在這條臭水溝中，而它也成為散播污穢和疾病的淵藪。在典型的大雜院或黃包車庫裡，常常擠著二三十個苦役，只能以地為床，相擁取暖。有些家裡窮到只能共穿一條褲子。
階級意識和階級壓迫在街頭表現得最為明顯。富人高高地坐在轎子和馬車上，平民百姓則只能步行。北京城裡的男人，每6個人中就有一名黃包車伕，有些不過13週歲，另外一些則年逾古稀，因為一輩子的辛勞而彎腰駝背。這些車伕都穿著闊腳褲，足踝處打著布帶或綁腿。黃包車上的鈴鐺不時響起，「好像一千部響起的電話」，提醒行人注意避讓。有如此多的車伕充當腳力，京官們難得走一步路。乘坐黃包車一方面是為了顯示自己高高在上的地位，另一方面，也是為了避免走在北京乾旱季節塵土飛揚、一到雨季便泥濘不堪的土路上。「穿長袍的人不走路，」一位專欄作家這樣寫道，「這是京城裡一條不成文的規矩。」像錢家這樣的人家，往往僱有私人車伕，拉著他們在城裡穿行。
對於錢學森這樣的富家子弟來說，北京的街道和市場想必蘊藏著無窮的樂趣。耍雜技的把身體扭成各種不可思議的形狀，吹糖人兒的把糖稀捏成各種動物，還有能用葦草編成各種玩具的小販。老北京人也許寧願躲在劇場裡品茶聽戲，消磨時光，但對於一個初來乍到的小男孩來說，熙熙攘攘的街道和街上的各色人等，顯然要有意思得多了。
錢學森想必也觀察到了北京人對學問的尊崇。北京是一個屬於讀書人的城市。儘管在那個時代，在中國的一些省份中，99%的人還都是文盲，但在北京，甚至連苦力、雜役和黃包車伕都能閱讀報紙和書籍。這個城市的高文化普及率部分歸功於每3年舉行一次的殿試。每隔3年，就會有一批新的學子湧至京城，接受科舉制度中最高一級的選拔考試。只有少數人可以鯉魚跳龍門，剩下的許多人或是為北京所同化，或是無顏見江東父老，往往就地擇一教席謀生。正因如此，在幾個世紀的時間裡，這些人直接或間接地豐富了這座城市的文化生活。
正是在這種環境中，錢學森被送進了幼兒園。這是北京開辦的第一所幼兒園。隨後，大約在7歲的時候，錢學森被專門接收天才兒童的北京第二實驗小學錄取。
北京第二實驗小學的校址本是一所王府，一條長廊串起六進院落，兩邊種著珍貴的花梨木和竹子。花園裡遍植海棠，白色花牆和月洞門掩映其間。這裡的環境十分清幽，只有孩子們的笑聲和跑步聲偶爾打破寂靜。
錢學森的父親任職於國民政府教育部，這個機構的主要職責是考核各級學校、修訂教科書、督促私塾改制、監督外國學校以及開展掃除文盲運動。成立於1909年9月19日的北京第二實驗小學是中國第一批公立小學之一，最初隸屬於京師女子師範學堂（註：北京女子師範大學的前身）。這所大學是中國教育改革的先行者之一，率先向女性敞開大門，而它的小學則同時招收男女學生。當錢家1918年來到北京之時，北京第二實驗小學是北京師範大學下屬的幾所實驗小學之一。
這所學校的畢業文憑通常被認為是未來在政府謀得職位的敲門磚，因此競爭非常激烈。入學考試那天，成百上千名幼童從北京的四九城彙集到校門前。家境富裕的乘坐黃包車，貧寒之家則只能安步當車。所有孩子都打扮得平頭正臉，穿上自己最好的衣服，緊張地和父母一道排隊等候進入考場。他們魚貫而入，逐一接受考試小組的審核評判。
第一關是口試，問到的問題包括描述眼前的一幅畫，解謎語，以及倒著數數或正確完成簡單加減運算，從而表明自己的數學能力。此後會進行體檢。近視的、羸弱的、色盲的孩子都不能入選。事實上，那些在考官看來太矮、太高、太胖、太瘦——甚至是太醜——的孩子，也會馬上被篩掉。「那時候，被選中的孩子不僅要聰明，還得漂亮、健康，個頭適中，這樣當所有人都站在一起的時候，看起來才會賞心悅目，照出來的相片也會比較好看，」熟悉北京第二實驗小學歷史的霍懋征如此回憶道，「申請的學生太多了，學校盡可以挑肥揀瘦。」
篩選老師的嚴格程度絕不在學生之下。只有全中國最優秀的學生才能考進北京師範大學，而只有少數畢業生可以留校任教。這是一群嚴謹而又充滿奉獻精神的人，常常不惜花上一整晚的時間精心準備教案和教學大綱。這個職位深受尊重，很少有人會中途另謀高就。北京第二實驗小學的許多教師，都是22歲大學畢業後就來到這裡，直到40年後才退休離開。
作為一名北京第二實驗小學的學生，錢學森幸運地躲過了當時刻板、嚴酷的中國傳統教育。在這裡很少體罰，教師們即使生氣時也不會對學生大聲呵斥。這裡的教育哲學是身教勝於言傳。當學生走進老師的辦公室時，他不僅可以坐下來說話，還會被奉上一杯清茶，就像是一個尊敬的客人一樣。
但是，在其他方面，這所學校和同時期的所有中國學校一樣嚴格。每天清晨都要檢查頭髮、指甲和總體衛生狀況。學生和老師都有嚴格的著裝規定。孩子們需要穿上白色棉布制服和布鞋，男性教師身著黑色外套和白色長袍，女性教師上身穿著領子漿得筆挺的長袖襯衫，下面則是一條白褲。上課時，錢學森和他的同學必須像士兵一樣坐得筆直，挺胸抬頭，雙手背在身後，不許亂動。
每天上午，學生們都要練習書法。洗淨雙手，將宣紙小心地鋪在案上，把墨研得又黑又亮，然後就要用毛筆飽蘸濃墨，在九宮格上逐行描寫。入學第一年，學生的手太小，肌肉也不夠有力，因此寫出來的字通常大而僵硬。但到了第二年，字體便開始變得柔和流暢，頗具架勢。到了三年級的時候，學生們停止描紅，開始自行臨帖。在6年的時間裡，一名學生被要求至少學會3500個字，這樣，他們就可以讀書看報了。
下午的課程安排轉向探索自然。北京第二實驗小學一個延續多年的傳統便是鼓勵學生寫「自然日記」，用玫瑰花瓣、葉子和圖畫代表他們還未能掌握的詞句。課程內容包括地球科學、地理學、音樂和美術。此外，學校還經常組織學生到北京的名勝古跡——長城、十三陵、北海和中山公園——實地探訪。
錢學森在北京第二實驗小學度過了幾年愉快的時光。他是模範學生，課業上永遠超出同學一籌，而且是老師眼中的寵兒。他的老師發現他的過人天資之後，特意安排他跳了一級。在同班同學的記憶中，錢學森是個極為聰穎的小男孩，疊的紙飛機比誰飛得都快都高。「他疊得非常精細，非常小心，讓機身嚴格對稱，折痕又光又平。這樣，當紙飛機擲出時，就可以很穩定地飛很遠，」多年以後，錢學森的朋友張維這樣回憶道，「從這個小遊戲中就能看出，儘管年紀還小，要做什麼事的時候，他就已經習慣於周密思索，用科學的辦法達成目的。」
錢學森的學校生活十分規律。放學時，錢家的黃包車已經等在門口，錢學森爬上車，跪坐在座位上，臉朝後望著同學們遠去。回到家中，他的教育仍要繼續。在錢學森的少年時代，對他影響最大的是他的父親而非母親。錢家治從來不硬性向兒子頭腦中灌輸常識，與之相反，他喜歡激發兒子的好奇心，鼓勵錢學森追求自己的興趣愛好。
錢學森的興趣在父親的鼓勵下全面發展。他是一個業餘標本製作家，自己做的烏鴉和麻雀標本足以開個小型展覽。夏日來臨時，錢學森會捕捉蝴蝶，收集岩石和化石標本。他學鋼琴、小提琴、水彩畫。他的房間裡堆滿自然科學和數學書籍。錢家治在花錢給兒子買書上面毫不吝嗇，「我的父親是我第一個老師，」70年後，錢學森在《人民日報》上撰文寫道，「他為我打開了一個藝術、音樂和文學的新世界。」
錢學森的父親說過，捕捉昆蟲是理解生物學的開始，尋找化石和岩石碎片則可小窺地理學的門徑，學習繪畫有助於理解美的概念。錢學森熱愛繪畫。多年後，他告訴自己的兒子錢永剛，如果沒能成為一名科學家的話，他很可能會當一個畫家。
時光流逝，錢學森在中西合璧的氛圍中慢慢長大。這種氛圍令他勇於提問，尋找答案，甚至敢於挑戰權威。不過，儘管經常提出問題，錢學森卻不是那種叛逆的人。天性平和的他大多數時間在家中度過，寧可讀書學習，也不願與鄰近的小孩子一道玩耍。「再沒有比他更乖的兒子了。」錢學森的一個親戚特別強調說。
錢學森10歲時轉到了幾條街以外的另一所學校。北京第二實驗小學從一年級到四年級是男女合校，但從五年級開始，便按照性別分班。女孩子們留在北京第二實驗小學，有志繼續就讀的男孩子則要轉入北京第一實驗小學。
升入高年級並非自動。錢學森班上的學生需要接受另一輪比入學考試難得多的考試。此外，他們還要同校外的其他申請者競爭。全北京大約有1600名學生前來參加考試，爭奪160個名額。然而，錢學森卻是例外。他的學習成績十分突出，以至於老師將他作為保送生之一，無需考試，直接進入高年級。錢學森的老師為他下了「學業上、身體上和精神上都出類拔萃」的評語。
1921年，與其他100多名男孩一道，錢學森步入新的學校。主教學樓是一棟三層高的青磚小樓，與北京師範大學正好隔街相望。
扶著紅色的旋轉樓梯欄杆拾級而上，一眼可見長長的一條走廊，一側是教室，另一側則是一排平開的玻璃窗。秋風拂過，舉目望向窗外，街上的黃包車伕和行人盡收眼底，遠處，是北京師範大學灰色的屋瓦和磚樓。
教室又大又寬敞，設備相當齊全：黑板閃閃發亮，課桌十分舒服，明亮的陽光打在一排排書架上。兩年沉重的學業和激烈的競爭等在前面，在那之後，錢學森還將接受另外幾輪考試——初中入學考試，高中入學考試，大學入學考試。
儘管從錢學森幼年起，中國就在試圖改革教育體制，但錢學森受到的教育基本上仍墨守成規。與他父親上學時差不多，學校裡強調的還是死記硬背，相信權威，把考試和通過考試放在教學的第一位。歷史久遠的東西往往不會輕易屈從於變革的壓力。
中國的考試制度一向廣受爭議。開啟於漢代的這套人才選拔制度從明朝之後在中國文化中扮演決定性角色。從表面看來，這一體系給人一種唯才是舉的假象，但實際上，它卻排斥真正的思考和求索能力，受益者多為權貴。科舉考試只面向特定的一群人：女性被完全排除在外，僧侶、行刑者、妓院老闆、理髮匠、服喪者、戲子及其後代也都無權參加考試。但更重要的是，艱澀的考試內容和對某些特定內容的強調將更多的人擋在大門之外。只有富人家裡才請得起私塾先生，沒那麼富貴的人家只能寒窗苦讀，皓首窮經。
熱衷功名富貴的讀書人必須經過三輪考試。第一輪被稱為童生試，每年一次，在每個考區最大的城市中舉行。應試者必須在12天裡完成多篇詩文。通過童生試的人有資格參加當地官學主持的兩年一度的考試，少至髫齡幼童，長至八旬老翁，全都要在逼仄的監號裡考上一天一夜。為了防止作弊，這個過程還要重複一次。在大約2000多名考生中，只有20個文筆最優秀者能夠脫穎而出。他們從此將被稱為秀才，享有免交賦稅、不被動刑的特權，而且可以進入當地官學攻讀3年。
接下來就是每3年舉行一次的鄉試。秀才們將面臨更加激烈的競爭：每12000名考生中，只有100餘人可以通過這第二輪篩選。在長達3天的時間裡，他們被關在僅容一人睡臥的號房裡，完成規定格式的八股文和試帖詩。為了應付考試，一些人發明出了巧妙的作弊方式，但是一旦被發現，就可能被處死。科舉考試的壓力是如此之大，以至於有些人因此而神志失常，還有人在號房裡突發疾病甚至死亡。那些最終勝出的考生，用一位歷史學家的話來說，「簡直就像奧運會金牌獲得者一樣」。他們自此可以誇耀鄉里，在官僚體系中佔據要職，而且獲得了參加第三輪也是最後一輪考試的權利。
每3年在北京舉行一次的殿試由皇帝親自主持。最優秀的試卷被挑選出來，由皇帝加以御筆朱批，而這些八股文的作者也自此成為「士林典範」。能夠在殿試中脫穎而出的考生幾乎一定能夠在帝都為官，許多人還會成為皇帝的內閣成員和宰輔。
根據政治風向和朝代變遷，考試的內容和方式也時常改變。帝王的個人喜好常會左右取士標準。比如，好大喜功的乾隆皇帝，就偏愛華麗的文風。「即使是字體也以豐圓肥潤為上」，一位學者指出。而雍正皇帝當政時，宣揚止戰非攻、與民生息的文章則大行於道。
有時候，科舉考試甚至會帶上一點刺探情報的間諜戰味道。1644年，滿族入主中原，征服了整個中國。一心想著如何完成統一大業、鎮壓漢人反叛，滿族征服者將科舉制度也當成了收集各地情報的一種途徑。在考試中，考生們被要求用簡短的文字回答諸如如何鎮壓叛亂、如何籌集軍費、如何查處腐敗、如何促進滿漢融合等實際性的問題。
到了1740年的時候，科舉考試已經開始遭到考生們的激烈抨擊。當時人口激增，但入選名額卻保持不變，而且即使是通過考試者，也很可能得不到官職。一直以來，官府對於這些問題和未能謀得官職的學子們的抱怨置若罔聞，但到了20世紀初，整個科舉制度不得不作出改變，以應對西方遙遙領先的技術進步。
就在錢學森出生前幾年，1901年庚子事變之後，清政府在《辛丑條約》中同意，凡有西方人遭義和團殺害的地區，科舉考試停辦5年。1901年，光緒皇帝下令廢止八股取士，把考試重心從玄虛的八股文、書法和律詩轉為更實際的施政問題。1905年，科舉考試全面廢止，此後在中國發生的眾多大事更進一步動搖了傳統教育體系的各個方面。
1915年，廢除選舉、稱帝登基的袁世凱統治下的政府日益身陷外國債務的泥沼之中。對他竊取權力的聲討浪潮席捲全國，地方軍閥紛紛宣佈脫離袁世凱政府獨立，袁世凱羞憤交加，健康狀況急劇惡化，於1916年死於尿毒症。各地軍閥之間的內戰此起彼伏，自然災害和饑荒也肆虐中原。儘管錢學森此時仍勤勉而愉快地專注於自己的學業之中，他卻不可避免地將在一個混亂的國家中長大成人。
20世紀20年代初，一批深具影響力的訪客先後來到北京，其中包括美國教育改革家杜威（Dewey），英國哲學家羅素，德國物理學家愛因斯坦，印度詩人泰戈爾……這些人中影響最大者首推杜威。在公開演講中，杜威鼓吹在民主的環境下將教育與工業結合起來。通過強調讓孩子在課堂中扮演主動角色，杜威給中國帶來了「遊戲實驗室」的理念，用沙箱、測量儀器和積木打造出一個新式課堂。中國的教育家開始加倍關注美國的教育改革實踐，比如男女合校、智商測試、心理測驗以及課外活動等。錢學森不僅可以從學校中接觸到這些理念，而且也可以在家裡，從在教育部工作的父親身上耳濡目染。
儘管為等級制度服務的舊有的教育制度已然灰飛煙滅，但它並沒有一下子為現代的西方教育體系讓開道路。一方面，在西方的實證主義傳統下，錢學森被鼓勵去探索、提問和挑戰現有的知識體系，而在另一方面，他又不能夠向教師的權威發起質疑。他仍然面臨無休無止的默誦和考試。這樣的結果就是，錢學森的童年幾乎都是在20世紀20年代那個如流沙般時時變化的不完美的體系中力爭完美地度過的。
兩年的時間就這樣過去了。1923年，錢學森考入了北京師範大學附中，當時京城裡最好的男女合校的中學。這裡所奉行的也是他自幼接觸的實驗教育體系。緊鄰北京師範大學附小，建築風格幾乎如出一轍，這裡的老師通常都是北京師範大學的畢業生或教授。在這裡就讀中學，不過是錢學森往日生活節奏的一種延續。
當然，北京師範大學附中要比第一實驗小學大得多了。這兒有許多一層樓的教室、教師辦公室和宿舍，一個橢圓形的大操場，幾個網球場和排球場，一座新的圖書館，園丁精心打理的丁香圃，以及裝備有剛剛從德國進口的嶄新閃亮的科學儀器的實驗室。每當整時三刻，一位老者會敲響樹上懸掛的一口鐘，通知大家下課的時間到了。
「這所學校裡的學生在很多方面都與紐約著名的布朗克斯科學高中（Bronx High School of Science）並無分別。」一位校友回憶道。大多數學生希望日後在理、工、醫這三個領域繼續深造。在最初的3年時間裡，學生們在英語、數學、中文、生物、化學、歷史、物理和第二外語這幾門科目上打下堅實的基礎。此後，他們將在接下來的3年裡，選擇專攻科學或人文學科。一些學生在老師的指導下開展獨立的研究計劃，或者是進修高級的大學課程，例如微積分和社會學。
儘管有著大學的氣氛，但北京師範大學附中卻像一所軍校一樣管理嚴格。男孩子們身著灰色棉布制服，女生則是白襯衫配小黑裙。學校絕對不允許他們談情說愛。一位畢業生回憶道：「曾經有一些學生陷入情網，但一旦被校方發現了他們的羅曼史，其中一方就必須離開學校。」
在考試之前開夜車也被加以禁絕。校方希望學生深入領會學到的東西並將它們變成每日生活的一部分。教師們會幫助學生掌握記筆記和記憶的技巧。錢學森從不開夜車。事實上，有著出眾記憶力的他可能根本就不需要臨時抱佛腳式的突擊學習。他享受學習的過程，彷彿一直都在勤學不輟。即使是在放學後，錢學森也經常獨自坐在空蕩蕩的教室裡，埋頭苦讀。
在中學裡，錢學森依然是個完美的學生。多年以後，當被要求描述錢學森給人留下的印象時，他的同學經常用到「安靜」和「規矩」這兩個形容詞。錢學森的生活一絲不苟，井井有條。他偶爾也會和其他的男孩子一起打球，但每天下午總是會在同一時間準時回家。當朋友們登門拜訪時，發現他的房間總是一塵不染。
一如既往，錢學森的功課還是遙遙領先。他的同學譚蔭恆曾這樣寫道：「我聽到同學們說，李士博（一位講授生物學和植物學的資深教員，在北京師範大學附中享有很高的聲譽）常常對錢學森對學業的專注和刻苦讚賞有加，並且要求我們都以他為榜樣，用功學習。」
初中的3年時間讓錢學森有機會可以探索不同的人生軌跡，未來逐漸在眼前展現。他擅長畫動物、流水和花朵；他的生物學作業完成得非常生動，多年之後還被學校保留著；他對音樂有一種異乎尋常的敏銳感知，拉一手好小提琴；他與同學們討論魯迅和其他著名作家的作品，甚至被推選為班級代表參加辯論會。天賦出眾的錢學森畢業時可以有十多種不同的人生道路選擇，但當進入初中三年級時，他卻下定了決心，要在科學領域一展所長。在接下來的3年裡，錢學森全身心地投入到了高等化學、物理學、生物學和數學的學習中去。
如果北京的經濟形勢在20世紀20年代可以稍為穩定一些的話，錢學森或許會考慮一條完全不同的人生軌跡。比如，他曾經很認真地想過要成為一名藝術家。但是，他的中學時光卻與年輕的中華民國最艱難的一段歲月恰好重合。
整個國家先是陷於無政府狀態，然後便是此起彼伏的內戰。直至1925年蔣介石率軍北伐，中國一直處於軍閥割據的戰亂狀態中。3年的艱苦奮戰後，國民黨取得勝利。1928年，國民政府遷都南京，而故都北京則逐漸陷入衰敗之中。
北京城裡百業蕭條，只有少數經世致用之學尚有用武之地。整個20世紀20年代，北京是一座不斷衰敗下去的城市。紫禁城的紅牆剝落失色，建築工地半途而廢，水泥路面破爛不堪，管線裸露，污泥遍佈。失業率飆升，教授、政府官員甚至是以前雄踞一方的將軍都淪落為與黃包車伕為伍的苦力。一些大學生為貧苦所迫，甚至過上了雙重身份的生活：下課之後，躲在胡同裡脫下長衫，便搖身一變成為黃包車伕。對教育體系感到幻滅的教師們開始信奉社會主義。所有這些都給年輕的錢學森留下了難以磨滅的印象。當憶及中學時代時，錢學森對當時的北京師範大學附中校長努力保全學校的勇氣印象深刻：「你可以想像，在舊中國，在當時的北京，那是多麼糟糕的一段時光。」在這種情況下保持學校的正常運轉，簡直是「不可能的任務」。但是附中的校長不僅做到了這一點，還將其變成20世紀全中國最好的學校之一，「這實在是個奇跡！」
1928年到1929年間，進入高中三年級的錢學森開始考慮上大學的問題。在一次班級組織的遠足旅行中，他參觀了兩所北京城裡最好的學校——清華大學和北京大學。他的同學回憶道，錢學森非常細心地考察了兩所學校的實驗室，並給出了敏銳精確的評價。
毫無疑問，錢學森將會上一所最好的大學。幾乎沒有例外，北京師範大學附中的畢業生都能考上大學，而其中半數以上將進入全國最好的大學就讀。1929年，上海本地報紙《申報》刊登了一份上海交通大學的入學考試成績單。錢學森以第三名的成績被這所全中國最好的工學院的機械工程系所錄取。
經過仔細考慮，錢學森決定主修鐵路工程。在中國，這還是一個相當新的領域，增長速度驚人。直到1929年，中國絕大部分國土仍不通鐵路。1881年，以西方零配件組裝成的中國第一台蒸汽機車首次問世，而從開平煤礦到附近大運河的一段7英里長的鐵軌是當時中國僅有的鐵路。15年後的1896年，中國的鐵路總長度只有可憐的370英里，而當時美國已經擁有驚人的182000英里長的鐵路網。但是，在接下來的30年中，鐵路逐漸成為一種強大的軍事和政治武器，在中國的大地上留下永久的傷痕。
在清政府的抗議和阻撓下，中國的「鐵路化」還是在世紀之交時開始了。在自己的勢力範圍內，俄國人建造了將黑龍江與口岸城市海參崴連接起來的鐵路線，日本人的鐵路從朝鮮半島的釜山修到了奉天，德國人在山東大建鐵路網，而在長江流域，舉目是英國人修建的鐵路。從1900年到1905年，外國人在中國建造了全長3222英里的鐵路。每個國家所建鐵路的標準均不一致，以免彼此連接。在事實上，這種現代化的交通體系開始將中國分裂成為一個個被外國人統治的區域，有效地將中國瓜分成為各自獨立的殖民地。
形勢很快變得明朗起來：控制住鐵路，也就控制住了中國。在1900年的義和團運動中，清政府用北京的鐵路線加快調兵遣將的速度，而後又將其拆毀，以減慢外國軍隊的推進。在1911年的辛亥革命中，清政府迅速從北京調集軍隊，借助鐵路將其派往武漢，對革命軍加以鎮壓。但從太原趕來的革命軍成功切斷了補給線，從而幫助革命軍贏得最終的勝利。
國民黨接管政權之後，開始致力於統一鐵路。從1912年到1920年間，中國鋪設了超過1000英里的新鐵路，大多數由日本、歐洲和美國銀行家提供投資。隨著新鐵路的不斷建造，便需要僱用新的工程師，這一需求逐年看漲。這是一個胸懷大志的青年學生投身於腳踏實地的重要基礎工業的絕佳機會。1929年秋天，錢學森脫下中學制服，換上一身學生長袍，懷著成為一名鐵路工程師的理想，直奔上海交通大學。他與北京，就此作別。