1950年秋，丁肇中通過考試轉學到了新中國成立以來中學初二甲班。新中國成立以來中學是當時台北市的一流中學，在這裏，他感受到了知識海洋的浩瀚。這種感受刺激了他強烈的求知欲。母親多年來對他的開明教育就此“生根發芽”，他已經明白一個道理：學習固然要努力，但不能為了成績而努力，必須懂得勞逸結合。勤奮，但不死拚；刻苦，而不呆板。這才是一個人讀書的好習慣。
他找到了自己的學習方法——善於把書中的知識歸納類型，舉一反三，找出規律，然後踏踏實實地向著深處鑽研。他的這種刻苦鑽研的精神得到了老師的好評，數學老師曾讚賞他是一個學得活、後勁足，“問題的難度越大，他的鑽勁也越大”的學生。正是因為他的中學教育非常好，基礎打得紮實，在後來的研究中他才能取得非凡的成就。
幾年的中學生活很快就離他而去了，在這幾年中，丁肇中掌握了豐富的文化知識，也慢慢地產生了對科學的濃厚興趣。不久，丁肇中與同學們一起參加畢業考試，他的各科成績名列前茅，特別理科成績更為出眾：數學100分，化學100分，物理97分……新中國成立以來中學鑒於他平時的優秀表現，決定保送他去上大學。
可當丁肇中知道自己被保送的大學隻是二、三流的台南工學院時，他斬釘截鐵地對老師說：“我不要保送，我要參加聯考！”在當時，被保送上大學是一件非常光榮的事情，即便是在現在，也是榮耀之事。可他毅然放棄了這種榮譽，決定參加聯考，憑借自己的實力考上台灣大學。
晚上，他回到家裏，向父母說出了自己的決定。在丁肇中很小的時候，丁觀海夫婦就對兒子養成了一個習慣：隻要是他自己做出的正確選擇，父母就不加幹涉。這次當然也不能例外。
很快聯考的時間到了。“拚命三郎”丁肇中，並沒有如願以償實現自己的“狀元夢”，他沒能考上自己夢想中的大學——台灣大學。最後，他隻能選擇去上二、三流的台南工學院。
丁肇中的痛苦和失望，王雋英夫婦知道，這次對兒子的打擊是前所未有的。整個中學時代，丁肇中都是學校的尖子生，受到老師的優待、同學的尊敬。可是，這次卻在最關鍵的時候失敗了。如果不把握這次機會，讓他明白怎麼樣來麵對挫折、怎麼樣來麵對失敗，在以後的生活工作上，他肯定還是要吃虧的。王雋英夫婦對丁肇中進行一次“挫折”教育，讓他明白這個世界上很多事情都不是一帆風順，是要經曆挫折、經曆風雨才能見到彩虹。丁觀海後來在回憶這件事情時說：“肇中當時很沮喪，我和雋英都竭力安慰他，說沒有關係，事在人為，總有一天會出頭的。正是這次失敗，讓丁肇中變得更加堅強，在衡量自己的時候變得更加謹慎、更加客觀。”
1955年9月，丁肇中前往台南工學院報到注冊，成為了台南工學院土木工程係的一名新生，開始了自己的大學生活。很快一個學年過去了，在每次期末考試的時候，丁肇中的成績非常優秀，特別是他的數學和物理，更是名列前茅。物理是丁肇中的強項，這就讓他開始思考一個問題：自己該如何選擇未來的方向，是選擇相對容易平坦的土木工程專業呢？還是轉學到台灣大學的物理係呢？其實，丁肇中從許多科學家的生平事跡上已得出過一個啟迪：選擇自己最擅長的，做自己最喜歡的才是出路！他要轉學到台灣大學物理係，念自己最喜歡的物理課程。
丁肇中得到父親的支持後，轉而征求母親的意見：“媽媽，你讚成我的選擇嗎？”王雋英並不像丈夫那樣回答問題，作為一個教育學方麵的專家，她對兒子的問題回答更具有哲理性，她說：“我當然讚成。不過，你要記住一點，不管你學哪一行，你一定要成為那一行裏的佼佼者。”
於是，丁肇中又開始投入緊張的備考複習之中，準備挑戰台灣大學物理係的轉學考試。恰在此時，丁肇中得到一個留學美國的機會，本來王雋英夫婦想先為丁肇中積攢一點錢，台灣大學畢業後，再送丁肇中去美國留學，可是丁肇中卻下定決心：他要學美國人的孩子，不依靠父母的力量來完成大學學業。要靠自己的力量，自食其力上大學，完成學業。不久之後，丁肇中就在美國最佳的綜合大學之一，也是世界上主要的研究性大學——密歇根大學進行了入學注冊，成了一名工學院的新生。碩士畢業後，他繼續留在密歇根大學，在研究院攻讀理論物理學博士學位，決心在短期內獲得博士學位。