1935年，他考取清华大学研究院和高梦旦奖学金，在导师吴有训的指导下做光谱分析。延至1940年8月赴加拿大多伦多大学，在J.L。辛格(Synge)教授指导下研究板壳理论，1942年获博士学位。1942年至1946年，他在美国加州理工学院和喷射推进研究所，与钱学森、林家翘、郭永怀一起，在世界导弹之父。冯·卡门(vonKármán)教授的指导下从事航空航天领域的研究工作，受到冯·卡门学术思想的影响，成为固体力学和流体力学大师。在研究所和冯·卡门家里的学术讨论会，是富有民主精神和创造性的聚会。这种风格影响了钱伟长的一生，这就是敢想敢说，勇于探索和创新。钱伟长的博士论文《弹性板壳的内禀理论》，发表于世界导弹之父冯·卡门的60岁祝寿文集内，爱因斯坦看后，感叹：这位中国青年解决了困扰我多年的问题。此文奠定了钱伟长在美国科学界的地位。

　　中华人民共和国成立后，他参加中国文化代表团访问了缅甸、印度，1955至1956年还多次访问苏联、罗马尼亚、匈牙利、捷克、民主德国，1956年，又参加了波兰的力学会议和布鲁塞尔的国际力学会议。

　　1956年，在全国第一次自然科学规划会上，中央组织400多位专家教授，制定了新中国第一个十二年科技发展规划。就在这次史无前例的大会战中，钱伟长和钱学森、钱三强一起，被周恩来总理赞誉为：我国科学界的“三钱”。