有一個周末，同學們先後離開了實驗室，偌大的一個實驗室隻剩了錢三強一個人，他留在那裏進行分子光帶的分析。正巧趕上嚴濟慈從南京國民政府教育部回來，嚴濟慈看到錢三強聚精會神地進行研究工作時，對他的刻苦精神很是吃驚。由於研究的深入，錢三強竟未察覺到嚴老師已經到了自己身邊，嚴濟慈悄悄地看了他的分析結果和數據，同國外的數據大致相同，由此，嚴濟慈對這位青年學子青睞有加。
留學歐洲
在嚴濟慈的引導下，錢三強考取了中法基金會的公費留學生。當時他父親病重，收拾好行囊的錢三強對父親放心不下，不敢放心離開。就在這時，日本挑起了全麵侵略中國的“盧溝橋事變”事件，國難當頭，錢三強心頭更加的沉重，不忍離開故土。
父親錢玄同知道他的心思，強忍住離別之痛，跟他說道：“這是一個難得的學習機會，你應該好好地把握，為了不要堂堂中華受到別國的欺辱，隻有學好科技，才能拯救中國！這路途還遠得很啊，男兒立誌長久，不能隻顧眼前近憂！”
在父親的勸說下，同年8月，錢三強在上海乘坐了前往法國的輪船。他這次一去，直到十一年之後才回到中國。也就是這十一年決定了錢三強的一生。
1937年，在恩師嚴濟慈的推薦下，錢三強來到巴黎大學鐳學研究院的居裏實驗室攻讀博士。這所實驗室是世界著名的女科學家居裏夫人所建。當時的居裏夫人已經逝世，由她的大女兒伊萊納·約裏奧主持實驗室的工作。受母親的影響，伊萊納·約裏奧也是一個潛心研究科學的女科學家，她工作忘我勤奮，品格高尚，待人謙和熱忱。能夠同這樣一位導師學習，錢三強自然是十分開心的。
錢三強當時住的地方距離居裏夫人的實驗室有一段距離，為了趕時間，每天天剛蒙蒙亮的時候，錢三強就早早起身，匆匆吃點東西，乘地鐵趕到實驗室，直到很晚的時候才回到自己的住處，每天都會堅持十幾個小時的工作和學習。不過，錢三強並沒有因為枯燥的研究而覺心煩，他反而樂在其中。在導師伊萊納·約裏奧的引導下從事放射源的研究工作，並寫出三十多篇的科研論文。
他的勤奮好學引起了伊萊納·約裏奧對他的好感，為了讓他獲得更多的學習機會，她推薦錢三強到自己丈夫約裏奧先生主持的法蘭西學院原子核化學研究所學習。在約裏奧先生的實驗室中，錢三強不但學到了很多科學技術，最讓他受益的是約裏奧先生的科學思想、學術道德。
1939年，在約裏奧的實驗室中，錢三強看到了一張原子受到中子轟擊而產生碎裂的照片，這是當時世界上第一張直接顯示裂變現象的照片。不久，約裏奧夫人又邀請他和自己的丈夫合作證明核裂變理論。在這兩位大師的指引下，錢三強完成了他《α粒子與質子的碰撞》的博士論文，1940年，錢三強獲得了法國的博士學位。
在這兩位世界一流科學巨匠的教誨之下，錢三強很快進入了世界科學研究領域的最前沿，還有幸親眼見證了核聚變的偉大科學發現。
第二次世界大戰後，錢三強和他的同行經過反複的實驗研究，發現了鈾核的三分裂和四分裂，這一發現不僅反映了鈾核特點，而且使得人類對核聚變的研究更近了一步，為此，他的導師約裏奧曾得意地說道：“這是我在第二次世界大戰之後，在實驗室中的第一個重要工作。”為此，強三錢獲得了法國科學院1946年頒發的亨利·德巴微物理學獎。也就是在同年，錢三強和物理學係的才女何澤慧結婚。婚後不久，夫妻二人攜手投入鈾核三裂變的研究工作，並且取得實質性的進展，不少西方國家的報刊雜物都刊登了此事，稱讚“他們發現了原子核新分裂法”，將他們比作“中國的居裏夫婦。”他二人因此被法國科學院頒發了物理學獎。