这次会面十分短暂，但钱学森给拥有一双识人慧眼的冯·卡门留下了深刻的印象。多年以后，冯·卡门在回忆录中写道：

1936年的一天，钱学森来拜访我，向我征求关于未来研究计划的建议。这是我们的第一次会面。我抬起头来，看到一个个头不高、表情严肃的年轻人。他在回答我的问题时精准异常。他敏锐深邃的思路立即给我留下深刻印象，于是我建议他来加州理工学院，进一步深造。

有了冯·卡门的允诺作保，钱学森所要做的只不过是例行公事的注册登记、熟悉新环境和寻找住处而已。钱学森花了一段时间去熟悉和了解帕萨迪纳，这个接下来的几年中他将生活于其中的城市。“从帕萨迪纳到洛杉矶的10英里公路上，满眼都是飞奔的劳斯莱斯，它是美国最美丽的城市，可能也是最富裕的。”20世纪30年代的一位时评家曾这样写道。

当然，钱学森和住在这里的学生们相对而言要算是穷人。加州理工学院的校园位于帕萨迪纳繁华的市中心东部，周围都是贴满了“有房出租”广告、可供学生食宿的小木头房子。9月份，钱学森搬到了南卡塔利娜大街344号这间房子里面，不过，他却在南密歇根大街290号的另外一家寄宿屋解决一日三餐。第二家寄宿屋有个大厨房，还有一台煤气炉。钱学森和其他3位中国学生可以在这里煮饭炒菜。每天早上，钱学森在那里吃过早餐后，才穿上西装外套，打好领带，衣冠楚楚地去上课。

不远处的加州理工学院校区是一个小小的长方形，距离帕萨迪纳市中心只有几分钟的路程。18栋教学楼巧妙地融汇了地中海和西班牙的建筑风格，这种风格此后被全世界的建筑师称为“加利福尼亚式”。进入校园，如果不是满眼都是夹着教科书和计算尺穿梭来去的学生，来访者简直会误以为自己置身于佛罗伦萨的一片别墅区，或是西班牙的城市广场。

1936年，加州理工学院的财政状况有点儿吃紧。大萧条令许多急需完成的建筑工程都遭到裁撤，校内草坪则种满无需过多打理的松叶菊——这也是削减开支的一个办法，省下来的钱可以设立4个研究奖学金。全美青年总署（National Youth Administration）每个月向加州理工学院拨款2200美元，帮助最贫困的学生应付在校生活，而庚子赔款奖学金每年向钱学森和其他中国学生提供300美元的学费津贴。尽管经费有限，但这个20世纪30年代仅有780余名学生和80名教授的紧密联系的小学术团体却作出了20世纪最伟大的几项科学发现。

加州理工学院只花了40年的时间，便从一所设在仓库里的职业学校转身一变为世界一流大学，这简直是个奇迹。整个20世纪30年代，加州理工学院吸引了来自全世界的著名科学家，并培养出许多科学新秀。1931年到1932年间，爱因斯坦在这里过冬。他总是骑着脚踏车在学校里穿行，在前往普林斯顿之前，他几乎参加了“每一场午餐会，每一次晚宴，每一个电影放映仪式，每一场婚礼，以及2/3以上的离婚仪式”。当时的生物系主任托马斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）因为对果蝇染色体的遗传性研究而获得诺贝尔奖。

正是在这种氛围之中，在加州理工学院的课堂里，钱学森开始了一段新的学术生涯。除了上课，他还自己进行了一系列关于航空学的研究。数十年之后，他对报社记者说，在加州理工学院的第一学年，他收集了可能找到的全世界所有与航空学有关的研究资料，系统性地加以阅读。他每天花在读文献上的时间平均超过10小时。在第一学期，他几乎很少与其他学生打交道，因此被当成校园里的一个神秘人物。但是同学们却注意到，在课堂上，钱学森总是能切中要害地问出最关键的复杂问题，尽管旁人听得一头雾水，授课的老师却非常满意。钱学森的博闻强记、聪颖好学不仅给学生们留下深刻印象，连教授们也略有所闻。冯·卡门这样写道：

记得有一次，物理系的著名理论物理学家保罗·爱泼斯坦对我说：“你的学生钱学森在上我的课。他非常出色。”我回答道：“啊，他是不错。”爱泼斯坦眼中略带促狭地对我说，“告诉我，你觉得他是不是有犹太血统？”

钱学森发现，冯·卡门带到加州理工学院的德国式航空学研究方法——严格应用基础的数学和物理法则去解决基本的工程技术难题——与他恰好脾胃相投，这使他有如鱼得水之感。