改行投身航空业
1947年2月，刚满36岁的钱学森因在空气动力学、火箭飞行理论、数学等领域的优异才能，成为麻省理工学院最年轻的终身教授。当年，在麻省理工学院，每个系一般只有2-3名终身教授，而且是担任副教授不少于3年时间的人。而钱学森只当了1年的副教授，并且是第一个走进麻省理工学院教授行列的中国人。
令人惊讶的是，钱学森在大学学的专业并不是航空工程，而是铁道工程。1929年，钱学森考入上海交通大学铁道工程专业。1934年夏，23岁的钱学森以专业第一名的成绩毕业，报考清华大学公派美国留学，争取到“航空门”唯一的一个名额，从此“改行”。
钱学森的“改行”不是偶然的。1931年，日本帝国主义已开始侵占中国东北三省，1932年上海又爆发了“一二八”事变。日军的狂轰滥炸让钱学森痛心地意识到，没有强大的航空工业，中国只能任人欺负。国难当头，他毅然决定改变学习方向，投身航空工业。
在麻省理工学院，钱学森仅用一年时间就获得航空工程硕士学位。1936年，他又转入加州理工学院航空系，在世界著名力学大师冯·卡门教授指导下，从事航空工程理论和应用力学的学习研究。他和冯·卡门共同创造的著名的“卡门-钱近似公式”，在航空科学史写下了光辉的一页。此时的钱学森，已成为世界公认的力学界和应用数学界的权威、著名的空气动力学家。
1949年10月1日，新中国成立使客居美国的钱学森心潮澎湃，他向夫人蒋英说：“祖国已经解放，我们该回去了。”
漫漫五年归国路
然而，他的回国之路，却是那样的艰辛。
950年8月，钱学森一家人准备离开美国。但是，美国国防部以莫须有的罪名通过海关扣留了他。美国当局深知钱学森的价值，当时的海军部副部长金贝尔说“他太有价值了，在任何情况下都抵得上3-5个师的兵力！我宁可毙了他，也不要放他回共产党中国”。美国政府先是取消钱学森参加机密研究的资格，然后以莫须有的罪名非法逮捕监禁他，最后竟然软禁他。
5年岁月并没有摧垮钱学森的铮铮铁骨。一部30万字的《工程控制论》在软禁中问世，成为这个领域中奠基式的著作。他一方面继续自己的科学研究，一方面寻找回国时机。1955年5月，他从海外华人报纸上看到一则关于中国庆祝“五一”劳动节的报道，其中有他家的世交陈叔通和毛主席一起在天安门城楼检阅游行队伍的消息。同年6月，他避开盯梢，通过一张小香烟纸，寄托了恳请祖国助他还乡的深情。这封信先传到在比利时的蒋英的妹妹手中，再传到在北京的陈叔通手中，最后传到周恩来总理手中。8月1日，王炳南大使在日内瓦中美会谈上出示钱学森的信，美方无奈只好允许钱学森离开。1955年10月8日，钱学森终于回到他魂牵梦绕的祖国。
开创两弹一星伟业
上世纪50年代，新中国百废待兴，面对超级大国的核讹诈和核垄断，第一代中央领导集体果断作出发展“两弹一星”的重大战略决策。
在那个年代，我国物质技术基础非常薄弱，人才极度匮乏，现代科学技术远比欧美发达国家落后，火箭、导弹在我国还是个新生事物，只有少数几位留美、留苏的科学家做过一些研究工作。钱学森作为世界公认的火箭、导弹技术专家，担任了“两弹一星”工程中导弹、卫星工程的主要技术负责人，勇敢地承担起党和人民赋予的重大责任。他坚信：“外国人能造，中国同样能造！”他带领初创时仅有175人的国防部五院一分院，攻破了数千个重大技术难关，参与组织指挥了诸多型号的导弹研制工作。1960年，在他具体领导下，我国研制成功了第一枚导弹。之后，他又亲自主持我国“两弹结合”的技术攻关和试验工作，于1966年成功发射了我国第一枚导弹核武器。当“‘东风一号’精确命中目标”的报告传来时，這位曾经在美国被无数次鲜花、笑脸、掌声、地位、荣誉簇拥都没掉眼泪的著名科学家，激动得泪水纵横。1965年，他向中央提出研制发射人造卫星的时机已经成熟，并于1968年兼任空间技术研究院首任院长。1970年我国第一颗人造地球卫星发射成功……仅用10多年时间，我国国防尖端技术就取得了一系列重大突破，达到了世界上少数几个发达国家所具备的实力和水平。