費城的賓夕法尼亞大學建築系在1924年時是由著名的法國建築師保爾·P·克雷（1876～1945）主持的美術傳統的堡壘。克雷本人1896年入巴黎美術學校並接受了不僅包括建築設計和建造的各個方面，而且也包括深入研究建築史及簡潔漂亮的透視圖（及必要的美術字製作）的強化訓練，這些他都傳授給了他的美國學生而且將會在梁思成後來的事業中起重要作用，克雷作為巴黎美術學校的新近畢業生已在建築和教學兩個方面都嶄露頭角。後來當他設計的華盛頓的泛美聯盟大廈、聯邦儲備局大廈和底特律美術學校這些漂亮建築物在競賽中獲獎時，他早年的才華顯露得到了充分的證明。他作為賓大建築系的教師繼續發揮重大影響，直到他1937年退休。
思成和徽因作為1924年秋季始業的學生註冊入學，思成在清華的密友和同房間同學陳植同時註冊。據陳植回憶，他們三人一起由中國來美，同在紐約依塞卡的康奈爾大學度過夏天幾個月，上預備班和調整自己來適應新環境。7月7日，思成寫信給家裡說他已選好了暑期補習的課程：水彩靜物寫生、戶外作畫和三角，希望通過這樣的預備學習能「成為建築系二年級甚至更高年級的學生」。同時他也對大學居高臨下俯瞰卡猶嘎湖的著名建築布局敬佩不已。「這裡山明水秀，風景美極了。」
就在這年夏天，家裡人都很明白，思成的母親患癌症已到晚期。八月中旬梁啟超寫信給一個朋友說，他已決定讓思成回中國「以盡他應盡的孝道……這病是很痛苦的，她離不開別人的照顧……思成的庶母懷孕了，需要他回來幫助。（注1.）」整整一個月以後，9月13日，他母親死了。兒子是不是真的被命令回家已無關緊要。即使他坐三天橫貫大陸的火車，趕上最早一班輪船進行跨越太平洋的長時間的海上航行，他也是無法及時趕到的。
和思成及陳植一道從康奈爾大學來賓大讀書的徽因，接到一個使人不安的消息：建築系只收男生。泄漏出來的解釋是：建築系學生必須整夜畫圖，因此無人陪伴的女人在場就是不適當的。她沒有辦法，只好和其他女學生一起註冊上了美術系。本來是她熱心要上建築系才促使思成和陳植來到了賓大，結果她自己反而上不了建築系，這真是無法接受的。事實上她也沒有接受。大學的檔案表明，從1926學年春季她就是建築設計的業餘助教，而1926～1927學年就是建築設計的業餘教師了。她是怎樣打破大學的規定的，我們不得而知。反正從第一年開始，她就和思成一起上課了。建築系一位年輕的教師約翰·哈貝孫，後來是一位著名的建築師，報告說他們的建築圖作業做得「棒極了」。
上大學的頭一年，徽因和思成之間經歷了感情的鬥爭，有時竟爆發為激烈的爭吵。他們二人脾氣秉性很不相同，在結婚之前的這段時間裡需要好好進行調整。
據同學們說，中國來的「拳匪學生」都是非常刻板和死硬的，只有「菲莉斯」（這裡人們這麼叫徽因）和本傑明·陳是例外。她是異乎尋常的美麗、活潑和聰明，說得一口流利的英語，而且天生又善於和周圍的人搞好關係。本傑明·陳則常在大學裡的合唱俱樂部里唱歌，是學生當中最西方化的一個，也是最受歡迎的男生。他總是滿臉笑容，非常幽默，老愛開玩笑。
說到思成，那麼他是刻板和死硬的嗎？毫無疑問他是一個嚴肅用功的學生，他一輩子都是這樣的。這是他的天性。他對他們之間關係的理解是和他們「沒有正式訂婚」的狀態相符的，也許和徽因相去甚遠。她正在充分欣賞美國的自由，而她在兩性當中受到的歡迎真是令人陶醉。她已擺脫了她的家庭扣文化的抑制，在新大陸旗開得勝。所以當思成由於覺得不僅愛她而且還對她負有責任而企圖控制她的活動的時候，她當然堅決予以反擊。
梁啟超把這種相互鬥爭用強烈的措辭描繪給大姐聽：「今年思成和徽因已在佛家的地獄裡呆了好幾個月。他們要闖過刀山劍林，這種人間地獄比真正地獄裡的十三拷問室還要可怕。但是如果能改過自新，懲罰之後便是天堂。」他又評說道，「其實我們大家都是在不斷再生的循環之中。我們誰也不知道自己一生中要經過幾次天堂和幾次地獄。（注2.） 」
或遲或早他們就學會了在不犧牲自己的個性和極不相同的脾氣的條件下相互容忍。在大學生時代，他們性格上的差異就在工作作風上表現出來。滿腦子創造性的徽因常常先畫出一張草圖或建築圖樣。隨著工作的進展，就會提出並採納各種修正或改進的建議，它們自己又由於更好的意見的提出而被丟棄。當交圖的最後限期快到的時候，就是在畫圖板前加班加點拚命趕工也交不上所要求的齊齊整整的設計圖定稿了。這時候思成就參加進來，以他那準確和漂亮的繪圖功夫，把那亂七八糟的草圖變成一張清楚整齊能夠交卷的成品。他們的這種合作，每個人都向建築事業貢獻出他的（或她的）特殊天賦，在他們今後共同的專業生涯中一直堅持著。
思成曾回憶起一件在他1924年抵達賓大後不久就發生但長久不忘的事情。建築史教授阿爾弗萊德·古米爾為二年級學生開了一門課，思成也參加了。上過幾堂課以後，他跑去找古米爾，說他非常喜歡建築史，說他從來不知道世上有這麼有意思的學問。古米爾在回答中又問了他中國建築史的情況。思成回答說據他所知還沒有文字的東西，中國人從來就不認為建築是一門藝術，也不重視它。但他本人是懷疑的。當時學建築的都是學斷代建築學的。思成根據恩斯特·彪胥曼的中國特色建築類型攝影集做了幾次中國建築的習題。
在思成完成在美國的建築學學業之後的數年後，美術傳統精神將由華爾特·格羅皮烏斯、密斯·范·得·羅赫和別的有影響的領導人注入國際鮑豪斯式的課程之中。在後來的三十年代和四十年代，我聽見思成不時表示他的遺憾，說他剛好錯過了建築學走向現代的大門口。然而，對於一個註定要領導那個恢複中國建築史傳統的唯一學府的建築學家來說，他在美術上的訓練的某些方面肯定對他今後的成功是非常重要的。
思成自己就提到過一些對於他以後在中國工作非常有用的賓大給建築史學生出的習題的例子。典型的習作是根據適當的風格完成一座未完成的教堂的設計、重新設計一座凱旋門而在創意上不能背離當時環境、或是修復毀壞了的建築物。另外，他在一些展覽會上看到的獲得羅馬獎學金的學生們搞的按比例縮小的羅馬建築圖樣也很有用。思成在賓大就讀的最後一年中，他對義大利文藝復興時代的建築進行了廣泛的研究。從比較草圖、正面圖以及其他建築特色入手，他追溯了整個時期建築的發展道路。這種訓練的重要性是怎樣強調也不會過分的。我們手頭沒有他繪製的文藝復興時期的建築圖紙可資參考，但我們卻有他今後十五年間製作的、表明他對於中國建築演化歷史的理解的一批重要的摹擬圖。他的製圖本領在他完成這些作業中無疑是很重要的；至於繪畫，他一直是情有獨鐘的。
在思成的大學時代，他的才能可由設計方面的兩枚金獎及其他獎勵得到證實。儘管如此，有時候他還是感到不滿足，並且寫信告訴了他父親。梁啟超給他的格言式的忠告是：「你覺得自己天才不能副你的理想，又覺得這幾年專做呆板工夫生怕會變成畫匠。你有這種感覺，便是你的學問在這時期將發生進步的特徵，我聽見倒喜歡極了。孟子說，『能與人規矩，不能使人巧。』凡學校所教與所學總不外規矩方面的事，若巧則要離了學校方能發現。……至於將來能否大成，大成到怎麼程度，當然還是以天才為之分限。我生平最服膺曾文正兩句話：『莫問收穫，但問耕耘。』……盡自己能力做去，做到那裡是那裡，如此則可以無人而不自得，而於社會亦總有多少貢獻。（注3.）」
至於徽因，我們可以從1926年大約是她的一個美國同學給她的家鄉報紙寫的一篇訪問記中窺知一些她在賓大的學生生活的情況：
她坐在靠近窗戶能夠俯視校園中一條小徑的椅子上，俯身向一張繪圖桌，她那瘦削的身影匍匐在那巨大的建築習題上，當它同其他三十到四十張習題一起掛在巨大的判分室的牆上時，將會獲得很高的獎賞。這樣說並非捕風捉影，因為她的作業總是得到最高的分數或是偶爾得第二。她不苟言笑，幽默而謙遜。從不把自己的成就掛在嘴邊。
「『我曾跟著父親走遍了歐洲。在旅途中我第一次產生了學習建築的夢想。現代西方的古典建築啟發了我，使我充滿了要帶一些回國的慾望。我們需要一種能使建築物數百年不朽的良好建築理論。』
「『然後我就在英國上了中學。英國女孩子並不像美國女孩子那樣一上來就這麼友好。她們的傳統似乎使得她們變得那麼不自然地矜持。』
「『對於美國女孩子——那些小野鴨子們你怎麼看？』
「回答是輕輕一笑。她的面頰上顯現出一對色彩美妙的、淺淺的酒窩。細細的眉毛抬向她那嚴格按照女大學生式樣梳