華羅庚到清華後，得到熊慶來的熱情接待，雖然華氏腿有殘疾，但頭腦清醒，才思敏捷，對答若素，甚得熊慶來喜愛，熊以一個傑出的數學家和教育家的直覺，預感到華氏“他日將成為異軍突起之科學明星”。在熊氏與葉企孫等教授的關照下，華羅庚被準許留在清華園算學係當助理員，經管分發信函兼打字、保管圖書資料等事宜，月薪40元。麵對諸位前輩的好意，華氏自是感激涕零，知道自己該如何把路走下去並盡可能地開創出一個新局麵。自此之後，華羅庚邊工作邊學習，隻用一年時間讀完了大學算學係的全部課程，同時自學英、法、德文，為拓展更大的學術區域做準備。
當華在國外一流學術刊物上發表了三篇論文後，熊慶來、楊武之等教授提請理學院院長葉企孫聘華為算學係助教，第四年升為講師，開始給一年級學生上微積分課。1936年，華羅庚得到中華文學教育基金會乙種資助金1200美元，赴英國劍橋留學深造，兩年中發表了十多篇論文，引起國際數學界的注意和讚賞，一顆科學新星就此升起。1938年，28歲的華羅庚離英回國直奔昆明，出任西南聯合大學數學係教授。因華羅庚的人生之路頗具傳奇色彩，在學術界名聲不小，聯大學生有隻聞其名不見其人者便相互打聽：“華羅庚是誰？”意思是長什麼樣。有一天，華氏從聯大操場走來上課，於是有同學便指著華說：“就是那個瘸子。”[18]因了這一獨特的形象，華氏很快就被全校師生認得了，隻是大家認為那位直喊“瘸子”的學生，很有點不夠尊師重道的魯莽與張狂，於是大家群起而攻之，狠狠地教訓了那個不知人理待道的狂生一頓。不過，據聯大學生何兆武後來說：“華羅庚那時候瘸得很厲害，抗戰後他到Illinois（伊利諾伊）大學教書，在美國治了一次才好一些，可是以前他瘸得非常厲害，有一條腿總在那兒畫圓圈。”
盡管身患殘疾，生活困苦，且經常遭受敵機炸彈的襲擊，如1940年夏秋的空襲，華氏在逃往“一線天”峽穀時被炸彈掀起的泥土埋入土中差點喪命即其一例。但華羅庚在昆明的日子總是麵帶微笑，精神煥發，整個人的性格與生活態度，頗具有20世紀上半葉革命小說中描寫的英雄主義與浪漫主義相結合的典型革命人物的味道，此點從聯大外文係學生趙瑞蕻的回憶中可窺一斑，趙說：“1939年秋，有一天上午，我在聯大租借的農校二樓一間教室裏靜靜地看書，忽然有七八個人推門進來，我一看就是算學係教授華羅庚先生和幾位年輕助教與學生，我認得是徐賢修和鍾開萊。這兩位學長後來都在美國大學當教授，成了著名的學者專家（南按：徐後來曾任台灣清華大學校長）。他們就在黑板前幾把椅子上坐下來，一個人拿起粉筆就在黑板上演算起來，寫了許多我根本看不懂的方程式。他邊寫邊喊，說：‘你們看，是不是這樣？……’我看見徐賢修（清華大學算學係畢業留校任助教的溫州老鄉，當時教微分方程等課）站起來大叫：‘你錯了！聽我的！……’他就上去邊講邊在黑板上飛快地寫算式。跟著，華先生拄著拐杖一瘸一瘸地走過去說：‘諸位，這不行，不是這樣的！……’後來他們越吵越有勁，我看著挺有趣，當然我不懂他們吵什麼，最後，大約又吵了半個鍾頭，我聽見華先生說：‘快十二點了，走，餓了，先去吃點東西吧，一塊兒，我請客！……’”[19]正是有了這般樂觀曠達的精神和積極進取、堅毅剛卓的校風，才鑄就了如此眾多“雖九死其猶未悔，吾將上下而求索”的英雄好漢，才會以輝煌的業績昭告一個偉大時代的到來。而華羅庚在陳家營半間黑屋子裏完成的《堆壘素數論》這部在數學領域豐碑式的巨著，正是這一偉大時代的優美學風，以及知識分子“獨立之精神，自由之思想”共同孕育的豐碩果實。