與林徽因終成眷屬的是梁思成，梁啟超長子。思成之前梁家先有過一個夭折的男孩，因此平輩或晚輩都稱呼思成二哥或二叔、二舅。
梁思成個子瘦小，卻白凈秀氣，妹妹思庄怎麼看他怎麼瀟洒，叫他「Handsomeboy（漂亮小夥子）」。他進入清華學校後便是校園裡異常活躍的少年。喜愛繪畫，任《清華年報》美術編輯；喜愛音樂，當管弦樂隊隊長，吹第一小號；喜愛體育，獲得過校體育運動會跳高冠軍。他的外語也好，翻譯了王爾德作品《摯友》，發表於《晨報副鐫》；還與人合作譯了一本威爾司的《世界史綱》，由商務印書館出版。出乎意料，這麼活躍的大學生，留給同學們的強烈印象竟是「具有冷靜而敏捷的政治頭腦」。「五四」運動爆發，「他是清華學生中的小領袖之一，是『愛國十人團』和『義勇軍』中的中堅分子。」（黃延復文《有政治頭腦的藝術家》）
眾多兄弟姐妹里，梁啟超最寄望于思成，從學業、婚姻到謀職，無不一一給予入微的關懷、照顧。思成結婚前夕梁啟超致信說，「你們若在教堂行禮，思成便用我的全名，用外國習慣叫做『思成梁啟超』，表示你以長子資格繼承我全部的人格和名譽。」（梁啟超：《手跡》）然而，梁啟超還是開明的。具備多方面發展潛能的梁思成，他沒有規定兒子一定走哪條路，只是不希望他再做政治家。最終影響梁思成獻身於建築科學的是林徽因，思成曾對朋友們說過：
當我第一次去拜訪林徽因時，她剛從英國回來，在交談中，她談到以後要學建築。我當時連建築是什麼還不知道，徽因告訴我，那是包括藝術和工程技術為一體的一門學科。因為我喜愛繪畫，所以我也選擇了接著這個專業。
（林洙：《困惑的大匠梁思成》）
有幾種傳記據此，把林徽因、梁思成相識時間定在林徽因從英國歸來的一九二一年，將梁思成初次拜訪林徽因和他倆的相識時間混為了一談。應該說，林徽因相識梁思成是在這次拜訪之前，林、梁兩家世交，林徽因出國前便有很多結識梁思成的機會。梁思成女兒梁再冰關於林徽因尚未出國已經與梁思成見過面的記述是可信的：
父親大約十七歲時，有一天，祖父要父親到他的老朋友林長民家裡去見見他的女兒林徽因（當時名林徽音）。父親明白祖父的用意，雖然他還很年青，並不急於談戀愛，但他仍從南長街的梁家來到景山附近的林家。在「林叔」的書房裡，父親暗自猜想，按照當時的時尚，這位林小姐的打扮大概是：綢緞衫褲，梳一條油光光的大辮子。不知怎的，他感到有些不自在。
門開了，年僅十四歲的林徽因走進房來。父親看到的是一個亭亭玉立卻仍帶稚氣的小姑娘，梳兩條小辮，雙眸清亮有神采，五官精緻有雕琢之美，左頰有笑靨；淺色半袖短衫罩在長僅及膝下的黑色綢裙上；她翩然轉身告辭時，飄逸如一個小仙子，給父親留下了極深刻的印象。
（《回憶我的父親》）
正如梁再冰說，梁啟超早已有了與林長民家聯姻的想法，林長民也樂意有此通家之好。不過，梁啟超僅僅止於想法，未進而干預子女。他對兒女婚姻的態度相當民主，事後他說：「我對於你們的婚姻得意得了不得，我覺得我的方法好極了，由我留心觀察看定一個人，給你們介紹，最後的決定在你們自己，我想這真是理想的婚姻制度。」（《致梁思順等信》）儘管林長民至遲在農曆一九二二年底已提出為年輕人訂婚，但是梁啟超仍以為不必，覺得行此大禮可在四五年後。事實上，在此其間梁、林沒有失去再選擇的自由，他倆確又經歷了不短的戀愛過程，這是個不再選擇的選擇過程。中國留學生中不乏愛慕、追求林徽因者，都是門第不凡、本人優秀的俊彥。但她沒有絲毫旁騖之心，仍舊情感獨鍾於梁思成。同在美國留學的顧毓琇說：「思成能贏得她的芳心，連我們這些同學都為之自豪，要知道她的慕求者之多有如過江之鯽，競爭可謂激烈異常。」（顧毓琇著《一個家庭兩個世界》）
梁、林真正戀愛開始在林徽因回國以後，並且排除了徐志摩的干擾。他們常常選在環境優美的北海公園幽會，那裡座落著新建的松坡圖書館，梁啟超正是館長，梁思成近水樓台。禮拜天圖書館不開，但思成衣袋裡有鑰匙。林徽因又跟隨梁思成去清華學堂，看他參加的音樂演出；和他一起逛太廟，剛進廟門梁思成就失了蹤影，她正詫異，梁思成已爬上大樹喊她名字。那段時光對於林徽因來說是燦爛溫暖的。
沒想到，加速戀愛進程的卻是一場意外的車禍。一九二三年五月七日是國恥日，梁思成騎摩托和弟弟思永上街要參加示威遊行，摩托行到長安街被國務院權貴金永炎的汽車撞倒，思成滿身是血。當天梁家正在幾房輪流為梁啟超二弟請壽酒，酒席衝散了，赴酒席的林長民全家也跟著挨餓。林徽因著急慌神，遇親人如此災禍她還是頭一次。梁家兩弟兄住院治療，思永傷輕不幾日出院，思成卻大傷了筋骨，落下殘疾，左腿比右腿短了小小一截。林徽因每天往醫院服侍，恰值初夏時節，梁思成汗水淋淋，她顧不得避諱，揩面檫身，無微不至。兩人戀愛以來從未如此頻繁親密地接近，戀情經受驚嚇、焦慮過後愈發顯得甜蜜。
因為車禍，本來梁思成計畫一九二三年赴美留學的日期只得推遲一年。這一遲，正等到林徽因中學畢業，她也考取了半官費留學。車禍又玉成了一件美事，兩人比翼齊飛，漂洋過海。越洋航船上雙雙敞開胸襟，迎向撲面的勁風，他們憧憬的前程頗似越行愈加遼闊的海面、愈加湛藍的天空。
到了大洋彼岸，身處異國他鄉，雙方家人都在遙隔萬里，一對朝夕相伴的年輕人，彼此日益依戀，感情彌篤。一九二五年林長民身亡，失怙的孤女依賴梁家已成必然。梁啟超隨即致信兒子，囑他轉告林徽因：
我和林叔的關係，他（她）是知道的，林叔的女兒，就是我的女兒，何況更加以你們兩個的關係。我從今以後，把他（她）和和思庄（梁啟超二女兒）一樣的看待他，在無可慰藉之中，我願意他領受我這種十二分的同情，渡過他目前的苦境。他要鼓起勇氣，發揮他的天才，完成他的學問，將來和你共同努力，替中國藝術界有點貢獻，才不愧林叔叔的好孩子。
（《與思成書》）
林徽因斷了經濟後援，想不待學成就回國自己謀生，因而梁啟超又說，「徽音留學總要以和你同時歸國為度。學費不成問題，只算我多一個女兒在外留學便了。」（《與思成書》）幾天後梁啟超就著手兌現，致信問梁思成：林徽因留學費用還能支撐多少時間，囑他立刻回告，以便籌款及時寄到。當時，梁家的經濟也很困難，梁啟超準備動用股票利息解難，甚至說了這樣的話：只好對付一天是一天，明年再說明年的話。由此可見，梁啟超早已把林徽因提前納入家庭的一員，對徽因多了一份舔犢之情。在給海外子女的信中他牽掛著孩子們：「思成、徽音性情皆近狷急，我深怕他們受此刺激後，於身體上精神上皆生不良的影響。他們總要努力鎮攝自己，免令老人耽心才好。」（《給孩子們書》）
捨去梁啟超所說的狷急，其實林徽因與梁思成性格差異很大。在梁思庄的女兒吳荔明眼裡：「徽因舅媽非常美麗、聰明、活潑，善於和周圍人搞好關係，但又常常鋒芒畢露表現為自我中心。她放得開，使許多男孩子陶醉。思成舅舅相對起來比較刻板穩重，嚴肅而用功，但也有幽默感。」（《梁啟超和他的兒女們》）或許梁思成認定他對林徽因負有特殊責任，而林徽因也覺得自己應當享受更加充分的自由。她是那麼受同學歡迎，常常陶醉在眾人的殷勤里。兩人間的齟齬不可避免，大學第一年尤為激烈，梁啟超曾說，「思成和徽音，去年便有好幾個月在刀山劍樹上過活」！（《給孩子們書》）這是他倆必須經歷但必定安然度過的磨合期，他們的愛情基礎非常牢固，矛盾衝突一旦過去，不同性格倒可以取長補短。費慰梅描述：
在大學生時代，他們性格上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。當交圖的最後的期限快到的時候，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，以他那準確而漂亮的繪圖功夫，把那亂七八糟的草圖變成一張清楚整齊能夠交卷的成品。
（《梁思成與林徽因》）
畢竟志同道合，哪怕沒有訂婚，最終成婚的結局是必定的。梁思成每去女生宿舍約會，總是心情急切；愛打扮的林徽因，面容、髮式、衣襪，哪處都不肯草率，遲遲下不得樓來，經常叫梁思成等個二三十分鐘。弟弟思永為此寫了一副對子調侃他們：「林小姐千裝萬扮始出來；梁公子一等再等終成配。」橫批是「誠心誠意」。
令人擔憂的不是兩個戀愛的本人，是梁家兩個重要成員，第一是梁啟超夫人李蕙仙。李夫人是前清