在美國期間他發現中國的建築經典——木結構建築，其中唐代以前的木結構建築很少在建築史上有記載。回國之後梁思成開始了一生的對於中國古典建築的研究、探索和保護工作。1937年6月的一天，北平盡管空氣中有一絲緊張和不安，但大多數北京人還保持多年來形成的生活節奏。居住在北總部胡同三號的梁思成一家，正忙著準備出發去山西五台山，他們此行的目的是搜尋一座可能興建於唐代的寺廟——大佛光寺，在此之前還從來沒有人發現過保存完好的唐代木結構建築。
宛平城外，日軍正在進行實彈軍事演習，演習的內容就是攻克北平，在此之前他們已經在盧溝橋一帶製造了多起事端，都因為中國軍隊保持克製而沒有擴大事態，可是一切跡象都表明，戰爭已經臨近了。
梁思成並不是不關注實事，但是他的全部精力都已投在了即將進行的考察上。他那年36歲，是中國近代大思想家梁啟超的長子，當時他是我國第一個研究中國古代建築的學術機構——營造學社的重要成員，任法事部主任。
建築是民族文化的結晶，是凝動的音樂，是永恒的藝術。
1937年6月22日，他們出發了。因為小時候一樁車禍留下的後遺症，梁思成的背部微微有點駝，一隻腳略微有點跛，但他始終保持著充沛的活力。他的夫人林徽因也出身名門，是20世紀30年代中國有名的才女，和梁思成誌同道合。1924年，梁思成和林徽因共赴美國費城的賓夕法尼亞大學留學，日後梁思成回憶說：“當我第一次去拜訪林徽因時，她剛從英國回來，在交談中，她談到以後要學建築，我當時連建築是什麼還不知道，徽因告訴我，那是包括藝術和工程技術為一體的一門學科，因為我喜愛繪畫，所以我也選擇了建築這個專業。”
1927年，梁思成獲賓夕法尼亞大學建築學碩士學位。
佛光寺真的存在嗎？如果能真的找到唐代古寺，對中國建築史來說將是最重大的發現。
從1927年到1937年的十年，被稱為中國資產階級的黃金時代，民族經濟接觸現代科技進入了一個繁榮期，西方世界的物質文明大量湧入，動搖了中國文化界對本土文化的信心，而將目光投向了西方，忽視了對傳統的注視。
1925年，梁啟超把一本新近發現的古書寄給梁思成，在扉頁上梁啟超寫到：“一千年前有此傑作，可為吾族文化之光寵。”這本書叫《營造法式》，作者是宋徽宗的工部侍郎李誡，著於公元1100年。它完整記錄了當時宮殿建築的各種建造圖例和標準，是迄今為止中國最早的一部建築標準手則。梁思成立即讀了這本書，在一陣驚喜之後又感到莫大的苦惱，裏麵有太多術語還無法讀懂，但他已經看到，研究中國建築史的一扇大門已經打開，對於這本書的解讀和研究，伴隨了梁思成整整一生。
梁思成曾經說過，一個民族的自大和自卑，都源自於對於本民族曆史文化的無知。隻有了解自己的過去，才能夠站在客觀的立場上，產生深沉的民族自尊。在過去我們大多數中國人的觀念當中，建築不是藝術，頂多是一些工匠們的手藝活而已，正是有了像梁思成這樣的一代建築宗師和建築教育家，我們才真正開始了一種對於中華民族建築美學的認識。
從賓夕法尼亞大學畢業之後，梁思成決定轉入哈佛大學研究生院，準備完成一篇中國宮殿式的博士論文。在這個過程裏，梁思成發現，中國建築史的研究還是一片空白。1928年2月，他告訴導師為了完成論文，必須回國去實地考察搜集資料，從此以後，梁思成回到了祖國，開始了他樹立中國建築史的事業。
1937年6月26號，梁思成一行人從北京乘火車到達太原，然後再乘坐公共汽車，在平原上經過三四個小時路程後到達五台縣城。從五台縣到佛光寺，梁思成他們走了整整一天，騎著驢行進在崎嶇的山崖小道上，坡陡路窄，十分艱難。像這種探險般的野外考察，梁思成五年前就已經開始了。當時他剛剛加入營造學社，引發他們第一次實地考察的是一張照片。當時在北平的古樓展出了一張薊縣獨樂寺照片，梁思成的同窗好友楊平寶看到以後告訴了梁思成，梁思成被照片中的巨大鬥拱所震驚，他想這也許是一處早年的建築物，於是決定實地去考察一下。