1941年秋天，邓稼先考上了西南联大物理系。

西南联大是原来的北大、清华和南开三所大学在南迁后合并的一所学校。合并后的西南联大物理系汇集了当时国内众多知名专家和学者，例如测得普克朗常数的叶企荪、对证实康普顿效应有贡献的吴有训、对证实正电子存在有过帮助的赵忠尧等等。这里的名师严教让好学的邓稼先如鱼得水，他读书的劲头比中学时期更胜一筹，各个科目均成绩优异。

1946年的夏天，毕业后的邓稼先受聘担任北大物理系助教，回到阔别了六年的北平。这期间他一面当助教，一面积极准备留学美国的考试，并在1947年顺利地通过了考试，到美国普渡大学攻读博士学位。

1948年秋天，邓稼先从上海启航，向大洋彼岸驶去。临行前，他的一位好友对他说“中国天快要亮了”，邓稼先听了笑了笑，说了这样一句话--“将来祖国建设需要人，我学成后一定回来。”