1941年從加拿大來了幾位庚子賠款的留學生：郭永懷、林家翹、傅承義，1942年又來了錢偉長，錢學森和他們相處的比較密切，常常在一起討論各種問題。

1942年錢學森的研究工作已有了成績，并教了一些學生，同時由于美國戰(zhàn)時軍事科學研究的需要，暫時放松了對外國人的限制，他得以參加機密性工作。同年，美國軍方委托加州理工學院舉行噴氣技術(shù)訓練班，錢學森是教員之一。

1944年美國陸軍得知德國研制V-2火箭的情報，遂委托馮·卡門教授領(lǐng)導，馬林納為副，大力研究遠程火箭。美國原始型的"下士"式導彈的設計，錢學森負責理論組，把林家翹、錢偉長也請來，進行彈道分析、燃燒室熱傳導、燃燒理論研究等工作。同時，錢學森還當了航空噴氣公司（Aerojet Company）的技術(shù)顧問。

1945年當馮·卡門被空軍聘為科學咨詢團團長的時候，他提名錢學森為團員。同年5月，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前夕，錢學森隨科學咨詢團去歐洲，考察英、德、法等國的航空研究，特別是法西斯德國的火箭技術(shù)發(fā)展情況，這時加州理工學院提升他為副教授。這一時期，他取得了在近代力學和噴氣推進的科學研究方面的寶貴經(jīng)驗，成為當時有名望的優(yōu)秀科學家。

1946年暑期馮·卡門教授因與加州理工學院當局有分歧而辭職，作為馮·卡門的學生，錢學森也離開加州理工學院，再到麻省理工學院任副教授，專教空氣動力學專業(yè)的研究生。同年開始將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結(jié)合起來研究，這是先驅(qū)性的工作。同年與郭永懷合作，完成重要論文"二維可壓縮亞、超聲速混合流和上臨界馬赫數(shù)"，最早在跨聲速流動問題中引入上下臨界馬赫數(shù)的概念。

1947年初36歲的錢學森進入了麻省理工學院年輕的正教授行列。同年夏季，錢學森向麻省理工學院當局請假回國探親，9月中和蔣英結(jié)婚。

1948年祖國解放事業(yè)勝利在望，錢學森開始準備回國，為此，他要求退出美國空軍科學咨詢團。

1949年 5月20日錢學森收到美國芝加哥大學金屬研究所副教授研究員、留美中國科學工作者協(xié)會美中區(qū)負責人葛庭燧寫來的信，同時轉(zhuǎn)來1949年5月14日曹日昌教授寫給錢學森的信、錢學森更加緊了回祖國的準備。

1949年秋錢學森從麻省理工學院回到加州理工學院就任噴氣推進技術(shù)教授。

1950年 7月美國政府決定取消錢學森參加機密研究的資格，理由是他與威因鮑姆有朋友關(guān)系，并指控錢學森是美國共產(chǎn)黨員，非法入境。錢學森這時立即決定以探親為名回國，準備一去不返，但當他一家將要出發(fā)時，錢學森被拘留起來，兩星期后雖經(jīng)同事保釋出來，但繼續(xù)受到移民局的限制和聯(lián)邦調(diào)查局特務的監(jiān)視，被滯留5年之久。

1953年在美國政府迫害錢學森的幾年中，除了教書和做研究工作外，仍未放棄學術(shù)研究。當年，他正式提出物理力學概念，主張從物質(zhì)的微觀規(guī)律確定其宏觀力學特征，并開拓了高溫高壓的新領(lǐng)域。

1954年具有開創(chuàng)性的研究成果《工程控制論》一書在美國出版。

1955年當年6月的一天，錢學森夫婦擺脫特務監(jiān)視，在一封寫在一張小香煙紙上寄給在比利時親戚的家書中，夾帶了給陳叔通先生的信，請求祖國幫助他早日回國。8月1日，中美大使級會談在日內(nèi)瓦開始，王炳南大使以錢學森這封信為依據(jù)，迫使美國政府不得不允許錢學森離美回國。10月8日，錢學森一家到達香港，同日過國境，回到了祖國，受到黨和政府的熱烈歡迎和無微不至的照顧。11月，錢學森和錢偉長合作籌建中國科學院力學研究所。12月27日，萬毅根據(jù)彭德懷元帥的指示，詳細地聽取了錢學森關(guān)于如何發(fā)展我國火箭技術(shù)的意見。

1956年 1月5日力學所成立，錢學森任第一任所長。2月17日，在周總理的鼓勵下，錢學森給國務院寫了關(guān)于《建立我國國防航空工業(yè)的意見書》。4月13日，國務院成立了以聶榮臻元帥為主任的航空工業(yè)委員會，錢學森被任命為委員。同年春，國家制定了《1956年至1967年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》，確定了57項國家重要科學技術(shù)任務。由錢學森主持，在王弼、沈元、任新民等的合作下完成了第37項《噴氣和火箭技術(shù)的建立》的規(guī)劃。5月10日，聶榮臻元帥提出《關(guān)于建立我國導彈研究工作的初步意見》，并且建議，在航空工業(yè)委員會下設立導彈管理局，錢學森任總工程師，建立導彈研究院，錢學森任院長。10月8日，恰好在錢學森回歸祖國一周年的日子，聶榮臻元帥親自主持五院成立儀式，這一天也是對新中國156名大學畢業(yè)生進行導彈專業(yè)教育訓練班的開課紀念日，錢學森主講《導彈概論》。

1957年在錢學森倡議下，中國力學學會成立，錢學森被一致推舉為第一任理事長。2月18日，周總理簽署命令，任命錢學森為國防部第五研究院第一任院長。11月16日，周總理任命錢學森兼任國防部第五研究院一分院院長。同年，錢學森所著《工程控制論》獲中國科學院自然科學獎一等獎，并被補選為中國科學院學部委員。這一年6月，中國自動化學會籌備委員會在北京成立，錢學森任主任委員。同年9月，國際自控聯(lián)成立大會推舉錢學森為第一屆IFAC理事會常務理事。

1958年5月29日聶榮臻元帥同黃克誠、錢學森一起部署了我國第一枚近程導彈的制造工作。同年，中國科學院成立了以錢學森為組長，趙九章、衛(wèi)一清為副組長的領(lǐng)導小組，負責籌建人造衛(wèi)星、運載火箭以及衛(wèi)星探測儀器和空間物理的設計、研究機構(gòu)。同年，錢學森任中國科學技術(shù)大學近代力學系主任。

1959年經(jīng)杜潤生、楊剛毅介紹，錢學森加入了中國共產(chǎn)黨。

1960年11月15日在聶榮臻元帥現(xiàn)場親自指導下，以張愛萍將軍為主任，孫繼先、錢學森、王諍為副主任的試驗委員會，在我國酒泉發(fā)射場成功地組織了我國制造的第一枚近程導彈的飛行試驗。

1961年他編著的《物理力學講義》正式出版。6月，在中國科學院舉辦的星際航行第一次座談會上錢學森發(fā)表了題為《今天蘇聯(lián)及美國星際航行火箭動力及其展望》的講演。在中國自動化學會成立大會上，全體代表一致推舉錢學森為首任理事長。

1963年中國科學院成立由竺可楨、裴麗生、錢學森、趙九章領(lǐng)導的星際航行委員會。

1964年6月29日我國自行設計的中近程導彈進行飛行試驗獲得成功。

1965年1月8日錢學森正式向國家提出報告，建議早日制訂我國人造衛(wèi)星的研究計劃，并列入國家任務。在以后的歲月中，錢學森為解決人造衛(wèi)星研制中的許多關(guān)鍵技術(shù)問題貢獻了智慧。同年，錢學森任第七工業(yè)部副部長。

1966年10月27日錢學森協(xié)助聶榮臻元帥，在酒泉發(fā)射場直接領(lǐng)導了用中近程導彈運載原子彈的“兩彈結(jié)合”飛行實驗，獲得圓滿成功。

1968年錢學森兼任中國空間研究院第一任院長。

1970年錢學森任國防科學技術(shù)委員會副主任。4月24日，重量為173kg的我國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。錢學森和發(fā)射基地的領(lǐng)導人在現(xiàn)場發(fā)表了熱情洋溢的講話。“五一”國際勞動節(jié)晚上，毛澤東主席、周恩來總理在天安門城樓上接見了錢學森、任新民等參加第一顆衛(wèi)星工程研制的代表。

1978年9月27日錢學森發(fā)表的《組織管理的技術(shù)--系統(tǒng)工程》論文，對運籌學、系統(tǒng)工程和系統(tǒng)分析科學活動在中國的繁榮，產(chǎn)生了十分積極的影響。

1979年錢學森榮獲加州理工學院“杰出校友獎”。

1982年錢學森任國防科學技術(shù)工業(yè)委員會科學技術(shù)委員會副主任。錢學森是中國共產(chǎn)黨第九、第十、第十一、第十二屆全國代表大會代表和中央委員會候補委員。錢學森等著的《論系統(tǒng)工程》于11月出版。

1985年錢學森因?qū)ξ覈鴳?zhàn)略導彈技術(shù)的貢獻，作為第一獲獎人和屠守鍔、姚桐斌、郝復儉、梁思禮、莊逢甘、李緒鄂等獲全國科技進步特等獎。

1986年4月11日中國人民政治協(xié)商會議六屆四次全國委員會增選錢學森為副主席。兩個月后，中國科協(xié)第二次全國代表大會在1986年6月27日一致選舉錢學森為中國科協(xié)主席。

1989年6月29日在美國紐約召開的1989年國際技術(shù)與技術(shù)交流大會授予錢學森“威拉德W·F·小羅克韋爾（Rockwell，Jr．）獎章”和“世界級科學與工程名人”、“國際理工研究所名譽成員”的稱號，表彰他對火箭導彈技術(shù)、航天技術(shù)和系統(tǒng)工程理論作出的重大開拓性貢獻。

1991年10月16日國務院、中央軍委授予他“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英雄模范獎章。同年任中國科協(xié)名譽主席。

1999年9月18日中共中央、國務院、中央軍委授予他“兩彈一星”功勛獎章。