1916年7月，茅以升在唐山路礦學(xué)堂(后更名為“唐山工業(yè)專門學(xué)?！?畢業(yè)考試中榮獲全?？偝煽?jī)第一名。同年，清華學(xué)堂向全國(guó)招收留學(xué)官費(fèi)研究生，考生眾多，考題甚難，他又以第一名的成績(jī)考取。秋天，20歲的茅以升乘“中華”號(hào)遠(yuǎn)洋輪從上海啟程遠(yuǎn)渡重洋到達(dá)美國(guó)紐約。之后轉(zhuǎn)乘火車來(lái)到美國(guó)東部大學(xué)城——綺色佳市。綺色佳市當(dāng)時(shí)只有兩萬(wàn)人口，居民從事的各行各業(yè)都是為康乃爾大學(xué)服務(wù)的。
　　康乃爾大學(xué)是個(gè)世界性學(xué)府。校內(nèi)聚集著十幾個(gè)國(guó)家的留學(xué)生。茅以升是唐山工業(yè)專門學(xué)校第一個(gè)來(lái)到這個(gè)學(xué)校注冊(cè)報(bào)到的研究生。該校教授說(shuō)：“唐山工業(yè)專門學(xué)校從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)，須經(jīng)考試方能注冊(cè)?！背龊跛麄兊囊饬?，茅以升的考試成績(jī)榮登榜首，為此，學(xué)校規(guī)定，今后凡是“唐山工業(yè)專門學(xué)?！钡漠厴I(yè)生，可以免試直接入學(xué)。
　　日歷翻了365頁(yè)，茅以升第一年就取得了碩士學(xué)位。學(xué)校要留他當(dāng)助教，向他展示一條晉升教授的道路。茅以升想：我來(lái)美國(guó)學(xué)習(xí)，不是為了當(dāng)教授，而是要學(xué)好本領(lǐng)回國(guó)造橋。他謝絕了學(xué)校的聘請(qǐng)，到匹茲堡橋梁公司實(shí)習(xí)。在那里他學(xué)習(xí)繪圖、設(shè)計(jì)、金工、木工、油工等全部造橋技術(shù)。在實(shí)踐中他感到有進(jìn)一步學(xué)習(xí)理論的必要。于是他又考入匹茲堡市卡利基工程學(xué)院橋梁系夜校學(xué)習(xí)。每天要在兩個(gè)地方奔波，時(shí)間比金子還珍貴。
　　茅以升創(chuàng)造了人的智慧、毅力和精力極度發(fā)揮的奇跡。清晨4點(diǎn)鐘，桌上的鬧鐘把他從夢(mèng)中叫醒，趕忙吃完早飯，跑步去乘火車趕往橋梁公司。車上成了他學(xué)習(xí)外語(yǔ)的課堂。他嘴念、耳聽(tīng)、眼看、手寫、心記，五個(gè)器官同時(shí)并用。至于嘈雜的叫喊聲、車輪碰擊鐵軌的轟轟響聲，已經(jīng)對(duì)他完全失去了作用。
　　工地休息的鐘聲響過(guò)，他放下錘子，從口袋里掏出本子和鋼筆，開(kāi)始做夜校的功課。
　　吃飯時(shí)，他不得不改變右手拿勺的習(xí)慣，改用左手拿勺，右手拿筆，隨時(shí)記下想到的問(wèn)題。他的頭腦里終日閃動(dòng)著橋梁、圖紙、公式、定律、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)，這里有看得見(jiàn)摸得著的物體，也有變幻無(wú)窮、撲朔迷離的抽象東西。
　　夜晚，他經(jīng)常起床將隨時(shí)想到的問(wèn)題寫在紙條上，然后將紙條隨手釘在墻上，整個(gè)房間掛滿紙條像開(kāi)展覽會(huì)。
　　1918年12月，茅以升各科學(xué)分已學(xué)滿，下一步是寫博士論文。因?yàn)橛貌┦繉W(xué)位，先得學(xué)一門主科，兩門副科。茅以升選橋梁為主科，高等數(shù)學(xué)為第一副科，城市建筑為第二副科，語(yǔ)言課則需兩門外語(yǔ)，他攻下了英文、法文。
　　經(jīng)過(guò)半年的努力奮斗，他完成了洋洋30萬(wàn)言的博士論文《框架結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力》，達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界水平，該文的科學(xué)創(chuàng)見(jiàn)被稱為“茅氏定律”，茅以升成為卡利基工程學(xué)院第一位工學(xué)博士。之后，經(jīng)美國(guó)著名科學(xué)家賈科貝教授的推薦，康乃爾大學(xué)授予茅以升“斐蒂士”金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?br/>　　有人問(wèn)茅以升：“從碩士攻讀博士按規(guī)定需要兩年時(shí)間，你只用了一年時(shí)間，‘秘訣’在什么地方?”
　　茅以升說(shuō)：“‘秘訣’在于我實(shí)習(xí)的同時(shí)上了夜校，我在夜校讀完了博士學(xué)位的課程，省了一年時(shí)間。此外，就是艱苦奮斗。由于國(guó)內(nèi)政局不穩(wěn)，教育部停發(fā)海外留學(xué)生的經(jīng)費(fèi)，加之祖父病故、父親失業(yè)，經(jīng)濟(jì)陷入困境。我又利用課余時(shí)間打零工，勤工儉學(xué)，終于克服重重困難完成學(xué)業(yè)