在芝加哥大學讀書的日子裏，得遇早已崇拜的著名物理學家費米的指點，深得治學奧秘，初顯物理學方麵奇才，並獲得博士學位。在這裏的刻苦學習為他日後的科學研究打下了牢固而堅實的基礎。
1．海外尋兄長，楊振寧的關懷和指點
芝加哥是美國的第二大城市，也是北美五大湖地區最大的工業城市。芝加哥的城市建築沿著密執安湖向遠處延伸，主要建築正好處在密執安湖畔芝加哥河河口地帶，故被人們稱為五大湖畔的一顆“明珠”。芝加哥是個比較年輕的城市，1803年才開始建城。芝加哥經濟和城市建設是隨著美國東部開發建設而發展起來的。由於芝加哥所處的地理位置，正好是經濟發達的東海岸向西部殖民擴張的一個重要聯結點，所以1848年就在這裏修建了由芝加哥到卡林的第一條鐵路。到了20世紀初期，芝加哥經濟繁榮，人口迅速膨脹到170萬人，成了當時美國的特大城市。芝加哥是北美五大湖區最大的湖港，這一帶是美國最大的農牧產品基地。五大湖地區又有豐富的煤、鐵資源，因而芝加哥是美國主要的工業基地。芝加哥位於五大湖區的芝加哥河河口，這裏風景秀麗，氣候宜人，在一望無際的湖麵上，根本分不清它是湖還是海。芝加哥是美麗的，但對李政道來說，對他最有吸引力的是芝加哥大學，而不是芝加哥的風景。
李政道無心觀看車外的景色，盡管車速飛快，他還是認為車像老牛一樣在前行，李政道想見楊振寧的心情太迫切了。
李政道很快就找到了芝加哥大學。一走進芝加哥大學校門，李政道就非常激動，盡管一切都是那樣地陌生，可在他眼裏又似乎非常熟悉，好像他回到了生活多年的母校一樣。經過幾番周折，李政道終於在芝加哥大學的國際實驗樓找到了自己的兄長楊振寧。兩人在異國他鄉相逢，都感到非常激動，互相捶背打肩，擁抱雀躍。
李政道激動得眼淚都流出來了，他感到自己回到了家，回到了親人旁邊，感到非常溫暖，頓時有了依靠。
李政道多少天來的苦悶、困惑、孤獨，終於找到了訴說的機會，他迫不及待地向兄長訴說自己離開祖國到美國後的種種遭遇，但由於心情太急迫、太激動，李政道的言語不僅難以表達自己的意思，就連句子也說不成。此刻的楊振寧，非常了解李政道的心情，笑著對他說：“政道，不要急，咱們先回到我的住處，洗洗臉，吃了飯後，我再仔細地聽你說。”
聽了楊振寧的話，李政道有點不好意思地笑著說：“楊大哥，經你這一說，我真的有點餓了。
”楊振寧幫李政道提著行李回到了自己的住處。二人洗了洗臉，就一同到餐廳去吃飯。在吃飯的時候，李政道的心情已經平靜下來。他邊吃飯邊向楊振寧述說了一個多月來的遭遇和複雜的心情變化。楊振寧認真地聽了李政道的敘述，然後也向李政道講述了自己的經曆，特別是講述了他初到美國的經曆和感受。原來，楊振寧初到美國的時候也不是一帆風順的，他的遭遇和李政道的差不多。楊振寧是1945年11月到達美國的。到達美國後，他的第一件工作，也是想找到一所學校讀書學習，然後再看機會找一所好學校和一位好導師。但楊振寧的願望不能實現，想在二戰剛結束後的美國找到一所學校學習，對中國人來說是非常困難的。在多次碰壁之後，出於無奈，他隻好去找自己在國內時就早已傾慕的大名鼎鼎的費米教授，他認為自己或許能見到費米教授。當時他聽說費米先生是哥倫比亞大學的教授，為此他就直接到哥倫比亞大學。當時費米先生不僅在基本粒子物理上有重大貢獻，而且是主持製造世界上第一顆原子彈的人，名聲非常大。但是，由於戰時的特殊需要，費米先生的行蹤是保密的，甚至連費米這個名字也是保密的。當楊振寧到哥倫比亞大學去問費米教授什麼時間來上課時，哥倫比亞大學物理係秘書竟說他從未聽說過有一個叫費米的人。秘書的回答，使楊振寧首先感到的是吃驚，然後是非常失望。楊振寧講到此處，笑著對李政道說：“當時我的心情和你在華盛頓的心情差不多，甚至比你感到更失望。因為人們連費米的名字都不知道，那你能到哪裏去找這個人呀？”