從德國回來之后，錢學森重拾在加州理工學院的研究和教學工作。在多年不知疲倦的辛勤工作后，錢學森開始看到回報。1945年11月，錢學森被由助理教授提升為航空系副教授。與此同時，在1945到1946學年度，錢學森在“二戰(zhàn)”期間的技術貢獻轉化成了3本主要出版物：專著《噴氣推進》（Jet Propulsion），《開創(chuàng)新領域》（Toward New Horizons）系列報告，以及關于“超空氣動力學”的論文。這些著作為美國的軍方和學術界帶來了深遠影響。它們還確立了錢學森在航空學界可能僅次于馮·卡門的領軍地位。

厚達800頁的《噴氣推進》一書由噴氣推進實驗室和古根海姆實驗室的成員們?yōu)槊绹哲娂夹g總署所撰寫，錢學森擔任這本書的編輯。在這本書中，還包含有錢學森和其他加州理工學院教授在1943到1944學年度每周分發(fā)給來自軍方的學生的講義影印件。兩年后的1946年，這一章已經(jīng)成為軍事工程師的基礎必讀材料。根據(jù)錢學森的同事艾倫·帕克特的講述，在許多年中，這本書都是“美國關于噴氣推進的最權威著作”。

《開創(chuàng)新領域》的系列報告將馮·卡門所有設想的關鍵點均加以詳述。其中討論了空氣動力學、飛行器設計、飛行器動力裝置、飛行器燃料、火箭推進劑、制導火箭、無人駕駛飛行器、炸彈、終端彈道、雷達通信、飛行醫(yī)學和心理學等話題。在錢學森的學生、后來出任空軍副部長的約瑟夫·查里克的記憶中，“這是一個百寶囊，里面囊括了國防部在未來幾年中將會考慮到的所有研發(fā)問題”。

錢學森也在《開創(chuàng)新領域》中給出了自己的看法和主張。錢學森至少執(zhí)筆完成了這份報告中的6章，分別是高速空氣動力學、脈動式噴射引擎、沖壓引擎、固態(tài)和液態(tài)推進火箭以及超音速導彈。他還詳述了戰(zhàn)爭期間在加州理工學院和噴氣推進實驗室所進行的理論分析結果。

這些報告中最耐人尋味的一章是“使用核燃料作為飛行器推進動力的可行性”（Possibility of Atomic Fuels for Aircraft Propulsion of Powers Plants）。它恰好完成于美國向日本投射原子彈之后不久。錢學森計算出，核反應釋放的能量大約是傳統(tǒng)燃料的100萬倍，并估算了使用核燃料作為熱推進動力裝置和火箭的可行性。錢學森總結道，這樣一個系統(tǒng)的優(yōu)越性完全值得軍方未來加以考察。

馮·卡門對錢學森的工作相當滿意，因此出面擔保，他會為他的愛徒在新成立的美國空軍總司令部科學顧問委員會中爭取位置?！澳攴?6，錢學森已經(jīng)是一個無可爭議的天才，他的工作為高速空氣動力學和噴氣推進領域的進展提供了極大的推動力。出于這些原因，我提名他在科學顧問委員會中任職?！瘪T·卡門在回憶錄中這樣寫道。

美國軍方對錢學森的成就也同樣印象深刻。1945年12月，美國陸軍航空部長亨利·阿諾德將軍為錢學森頒發(fā)了一張官方嘉獎狀，表彰他在沖壓式噴氣機和火箭性能等領域“卓越而完備”的研究工作，以及在動力和核能領域“無價”的貢獻。

1946年5月20日，錢學森向《航空科學雜志》提交了一篇題為《超空氣動力學及稀薄氣體力學》（Superaerodynamics， Mechanics of Rarefied Gases）的論文。這篇發(fā)表于當年12月的論文或許是錢學森在美國時發(fā)表的最著名的論文。錢學森所做的，便是設計出了一整套全新的空氣動力學公式，將空氣的分子結構和氣體粒子之間的平均距離等因素均考慮在內(nèi)。這樣，他就革命性地改變了空氣動力學家思考高空高速飛行的方式。

這篇論文獲得極大關注并被頻繁引用。它奠定了錢學森作為美國最偉大的理論空氣動力學家的地位。然而，即使在這篇論文發(fā)表前，1946年，錢學森的母校麻省理工學院已經(jīng)決定向他發(fā)出召喚。麻省理工學院的航空系給了錢學森一個副教授的職位，并許諾隨后轉為終身教職?？雌饋恚X學森剛剛接到邀請時很猶豫了一陣。但最終，錢學森還是接受了邀請。

決定回到麻省理工學院是一個明智的選擇。在美國的學術體系中，學院通常鼓勵甚至要求學者在另一所學院獲得某些經(jīng)驗后再取得全職教授的職位?！斑@是一個重要的轉變，”加州理工學院的航空學教授霍默·喬·斯圖爾特指出，“如果想要在自己的領域中有所成就，獲取終身教職是極為重要的一步?！?

還有其他重要原因促使錢學森接受來自麻省理工學院的聘書。他的朋友林家翹認為，錢學森重返麻省理工學院，是為了讓自己真正成為一名火箭科學家。“錢學森很有遠見，他明白，要想在火箭領域有所建樹，他必須掌握一些加州理工學院之外的東西。當時，加州理工學院與麻省理工學院是一種競爭關系。加州理工學院長于結構和空氣動力學，但在麻省理工學院，錢學森卻能學到更多的關于儀表設備和控制系統(tǒng)方面的知識?！绷旨衣N指出。

1946年夏天，錢學森忙著打點行裝，準備奔赴新的崗位。1946年6月17日，他與馮·卡門以及另外20多名科學顧問出席了五角大樓的第一場科學顧問委員會會議。到了8月間，他正式辭去在加州理工學院的職位，整裝東去，重返那所10年前歡迎過他但又拒絕了他的大學。