兩年後，錢偉長獲得加拿大多倫多大學的博士學位。從1942年到1946年，錢偉長又在美國加州理工學院噴射研究所擔任研究員，師從於美國導彈之父馮·卡門。
在這期間，第二次世界大戰達到了人類曆史上最大的規模，四大洲、六十多個國家、全世界一半的人口，先後卷入了這場世界性的戰爭中。由於當時的德國已經搶先研製出V1、V2係列導彈，就連英國首都倫敦，都成了導彈的重點襲擊目標。在德國的襲擊下，英國損失慘重，為免除德國導彈的威脅，英國首相丘吉爾向美國求助。
當時的錢偉長正在進行火箭、導彈方麵的設計研製工作。錢偉長經過仔細分析後，他認為德國人的導彈發射架架在歐洲的西海岸，而落點在英國倫敦的東城區，由此可以判斷出，德國人導彈的最大射程隻能達到此處了。根據這個推斷，錢偉長建議英國在倫敦城市中心區域造成被導彈擊中的假象，用來蒙騙德軍。英國方麵經過討論後，決定采取這個意見，果然，德國人判斷失誤，他們繼續按照原先射程攻擊英國，倫敦一直相安無事。
在丘吉爾後來的回憶錄中，他回憶此事，還一再地稱讚錢偉長：“美國青年真是厲害。”後來才知道，用這種雕蟲小技耍了德軍的並不是美國青年，而是我國著名科學家錢偉長。
天下興亡匹夫有責
在美國留學的時候，錢偉長經常和錢學森等愛國科學家們聚在一起，談論以後該怎麼發展中國。錢偉長說道：“等將來我們回到祖國，一定要建一個比美國加州大學還要好的學校，讓美國人、德國人、英國人，都到中國來求學。”
1945年，中國抗日戰爭隨著日本政府的無條件投降而結束。錢偉長意識到，列強瓜分中國的黑暗時代已經過去，中國將要開始戰後複興和國家建設的任務。錢偉長便以久離家人、懷念親人為由，回到了闊別八年的北京——清華園。初期，錢偉長在清華大學任教授。9月份，妻子帶著已經6歲的兒子從雲南昆明到了北京，那是錢偉長第一次見到兒子。
讓錢偉長氣憤的是，回到中國，他沒能如想象的一樣投身到祖國戰後重建的工作當中，而是看到了中國的內戰。國民政府的反動腐敗更讓他對國民黨政權完全失望。為了推翻反動政府，錢偉長加入到中國民主政治運動當中，1946至1948年，錢偉長參加了反美扶日、反內戰、反饑餓、反美援緬等愛國民主運動。
受到內戰的影響，中國國內局勢十分混亂，通貨膨脹、秩序紊亂，百姓民不聊生，錢偉長作為教育界、科學界的精英，月工資為15萬金圓券。十五萬金圓券看似不少，但由於國民政府大力發行紙幣，造成紙幣的貶值，15萬金圓券隻夠買兩個熱水瓶。
錢學森從美國回到中國結婚時，見錢偉長生活貧苦，便勸錢偉長和自己回美國去。錢偉長考慮到當時自己貧困的生活局麵，也準備去美國。但在簽證時，美國大使館的人問他，中美發生戰事，你忠於哪個國家？錢偉長想都不想便回答說：我是中國人，自然會忠於自己的國家。因為他的這一回答，錢偉長沒能取得到美國的護照。1948年，中國解放戰爭取得了決定性的勝利，解放軍節節獲勝，腐朽的國民黨政權敗退到台灣。錢偉長對中國共產黨和解放軍表現出極大的熱情，親自騎自行車到石景山、良鄉等地歡迎中國人民解放軍，並見到了葉劍英等黨內軍隊的領導人，他們帶回了解放軍送給清華大學的糧食補給。
建國後，錢偉長被任命為中國自然科學專門學會聯合常委、組織部部長，實現了自己科學報國的願望。
回國後，錢偉長完成了多部著作，到了1972年，中國科學家代表團訪問英、美、加拿大、瑞典等國，周恩來總理點名錢偉長也參加此次科研訪問。1979年，錢偉長曆任全國政協常委、副主任、中國文字改革委員會委員中文信息學會理事長、《應用數學和力學》雜誌主編等職務。
2010年7月30日，這位熱愛祖國的科學巨擘走完了自己坎坷多難的一生，他病逝於上海，享年98歲。