1939年是钱伟长人生的一个新的阶段，“七七”事变后，清华大学转移到了昆明，在昆明，钱伟长在西南联大物理系工作，此间他完成的三篇光谱学论文，尤其是《对稀土元素硒的单游离光谱分析》开辟了中国稀土元素研究的先河。受到了国际物理界的重视。这一年，他又参加了由中英庚款基金委员会第七届留英公费生的考试，全国报名考试的人数达三千多人，而钱伟长所选的力学专业只招一名，考试结束，由于他与郭永怀、林家翘二人的考试成绩完全一样，招生委员会决定将三人同时录取。
就在发榜的三个星期之前，27岁的钱伟长与清华大学中文系刚刚毕业的同学孔祥瑛举行了婚礼。这是在他们自“一二?九”运动相识，“七七”事变后分离近一年半后的相聚。仪式十分的简单，吴有训教授做主婚人，几个同学凑在一起庆贺一番。不料短暂的相聚却似乎是在孕育着又将来临的分离。
9月2日，当这批留学生到达香港的时候，第二次世界大战爆发了。所有去英国的客轮都被征作了军用。于是一行人只好回昆明等候通知。到1940年1月，钱伟长被通知到上海集合，转去加拿大留学。
英“俄皇后号”停泊在上海港的码头。当留学生们就绪等待起航的时候，钱伟长和几个同学发现，他们的护照上盖有日本的签章。“这是怎么回事？”此刻，同学们的民族自尊心受到了伤害，义愤之情油然而生，船上的同学一致认为，绝不接受敌国的签证。于是，同学们纷纷把手中的护照扔回到了英代表的怀里，宁愿放弃留学，也要维护民族的尊严。留学生们下船走了，留下英代表在客轮的甲板上，气得又骂又跳。
留学海外，钱伟长度过了一生中比较多产的时期。丘吉尔至今还不知道，在他回忆录中夸奖的“美国青年”实际上是中国人。离美归国怀抱可爱的小女儿，取名“放歌”，迎接北平解放。
1940年8月，钱伟长等同学再次获得通知，在上海集合乘船前往加拿大。这一次是直达温哥华。在海上漂泊了28天后，又乘了三天火车，终于到达了多伦多大学。钱伟长与同去的林家翘、郭永怀同时师承应用数学系的辛祺教授学习。钱伟长专攻弹性力学。
和辛祺教授初次见面时，钱伟长通过谈话竟发现他们两人在不同国度期间所研究的是同一个问题——弹性板壳的统一内禀理论，所不同的是教授研究的是宏观理论，钱伟长所研究的是微观理论。教授为此非常地高兴，并决定将两人的研究结果分两段组成一篇论文，送交美加州大学航空系主任冯?卡门教授的60岁祝寿论文集中。
冯?卡门教授的祝寿论文集中汇集的全是各国著名学者的论文，而作为中国学者，只有钱伟长一人的。为此，钱伟长从中获得了很大的自信心，激励他更勇猛地向一些疑难问题冲击。
1942年底，钱伟长转至美加州大学著名科学家冯?卡门教授主持的喷气推进研究所工作。在这里主要从事火箭的空气动力学计算设计、火箭弹道计算研究、地球人造卫星轨道计算研究及发射实验工作等，同时在教授的指导下，钱伟长完成了变扭的扭转和水轮机斜翼片的流动计算，以及超音速的锥流计算等重要的研究课题。
钱伟长转到加州冯?卡门教授处的时候，教授名下已有了三位中国学生——钱学森、林家翘、郭永怀，加上钱伟长，四位中国青年学者在加州朝夕相处，相互协作，共同从事火箭、飞弹的设计试制工作。
“二战”期间，当伦敦正在遭受德国V1、V2火箭威胁的时候，丘吉尔向美国请求援助，于是，这件事被交到了冯?卡门教授的研究所。钱伟长和林家翘在对德军发射火箭的射程射点进行研究后发现，德军的火箭多发自欧洲的西海岸，而落点则在英国伦敦的东区，这说明德军火箭的最大射程也仅如此了。根据此项结论，钱伟长、林家翘提出只要将伦敦的市中心地面造成多次被击中的假象，以此蒙蔽德军，使之仍按原射程组织攻击，伦敦城内就可避免遭受炸弹的伤害。这一招很灵，几年后，丘吉尔在他的回忆录中谈及此事时，曾不胜感激地赞赏道：“美国青年真厉害！”直到后来他也不曾知道，与德军玩了个雕虫小计的人并不是美国青年而是中国青年钱伟长。
1945年的一天，太平洋的彼岸传来了激动人心的消息：“日本投降了”，中国人从此摆脱了亡国奴的境地，中国人民胜利了。这一消息犹如来自远方的召唤，祖国需要建设，祖国要走向富强，所有有志于祖国建设的中华儿女，在祖国向他发出召唤的时候怎能够不一跃而起为国尽力呢？“对！回国”。主意即定，钱伟长便开始做回国的准备。
1946年5月6日，钱伟长以探亲为由，收拾了一些简单用品，登上了回国的客轮。洛杉矶码头渐渐地变得模糊了，望着远去的，曾是十分熟悉的繁华街景，钱伟长毫不犹豫地转身朝向了东方。迎着海风，他感到多少年来少有的一种快意，“好爽的风啊！”此刻，他归心似箭。
又是经过了二十多天的海上漂泊，钱伟长到达了上海。历经了战乱之后的祖国到处布满着疮痍，城市里一片喧闹混乱。但无论如何，仍旧是家呀！站在上海的码头上，钱伟长深深地吸了口气，自言自语道：“祖国，我回来了！”
很快他便回到了清华大学，在国民党大员接管后的清华园里，垃圾成山，教室里却是四壁空空
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