舉家搬遷至北京是錢學森童年最大的一件事。進城時，他還是蹣跚學步的幼童，待到15年后離開時，他已經是一個少年了。
無論過去還是現在，北京都是中國城市中政治色彩最濃厚的一個。在長達3000年的時間里，它是國家的政治中心，在過去的500年里，這里是首都。1908年，就在錢學森一家進京前不久，北京70萬居民中，約有1/3是清王朝的軍政人員。當錢學森到達這里時，他很可能會看到這樣的景象：街道上身著藍布長袍的官員穿梭往來，這身裝扮在當年的京城是上等人的標志，就像今日華盛頓特區滿眼的灰色條紋西裝。
在北京生活的15年，讓錢學森得以吸納這里積淀千年的文化，同時也目睹了古老中國現代化的動蕩轉型。耳濡目染京城恢宏雄偉的宮殿高墻，絢爛奪目的奇珍異寶，不可避免地在他心中打下以北京為傲的烙印，這種驕傲與他的自信合二為一，成為影響他終生人格的一部分。
親友們已經無法準確記起錢學森初到北京時的住處位于何方，只有記憶里一個模糊的影子，仿佛是宣武門外的某個寧靜的宅子。如果它像當時京城大多數中上之家的典型住宅一樣，那么就應該是個北方風格的四合院，正房的窗戶朝南，以便采光取暖，而厚重的北墻則負責抵御風沙。大多數家庭中沒有現代化的水電管線，只能以油燈照明，煤爐取暖。只有最富有的人家才用得上自來水，其余的則要購買井水。每三五條街就有一座水鋪，通常有兩三間房，一口水井，持照經營的老板下面是十幾個挑水夫。這些挑水夫每天推著裝滿兩大桶水的水車走街串巷，賣水為生。當時的家庭中還沒有沖水馬桶，挑糞工負責清理茅房，收集起來的糞便被曬干，裝袋，由駱駝馱往城外，賣做肥料。
北京的一切，無論是住宅、街道還是文物古跡，都是為了強調等級之分而設計的。城墻拱衛下的京城，越是達官顯貴，便越接近內城。從外向內，依次是旗兵駐扎的滿城，達官顯貴居住的小皇城，以及位于京城核心的紫禁城。在這座世界上最偉大的建筑中，居住著皇帝一家，全盛之時，數萬名太監、宮女、廚師和園丁在宮室亭臺間穿梭往來，為皇室提供服務。
然而，北京的大多數房屋卻與這些皇室建筑形成鮮明對比。登高遠眺，一片灰瓦仿如深沉的海洋，翹起的屋檐則是浪尖。錢學森很少有機會見到北京的陰暗面。一條污水溝穿過城中貧民和苦役聚居的地區，每當大雨傾盆而下，便會污水四溢，淹沒民居。許多孩子淹死在這條臭水溝中，而它也成為散播污穢和疾病的淵藪。在典型的大雜院或黃包車庫里，常常擠著二三十個苦役，只能以地為床，相擁取暖。有些家里窮到只能共穿一條褲子。
階級意識和階級壓迫在街頭表現得最為明顯。富人高高地坐在轎子和馬車上，平民百姓則只能步行。北京城里的男人，每6個人中就有一名黃包車夫，有些不過13周歲，另外一些則年逾古稀，因為一輩子的辛勞而彎腰駝背。這些車夫都穿著闊腳褲，足踝處打著布帶或綁腿。黃包車上的鈴鐺不時響起，“好像一千部響起的電話”，提醒行人注意避讓。有如此多的車夫充當腳力，京官們難得走一步路。乘坐黃包車一方面是為了顯示自己高高在上的地位，另一方面，也是為了避免走在北京干旱季節塵土飛揚、一到雨季便泥濘不堪的土路上。“穿長袍的人不走路，”一位專欄作家這樣寫道，“這是京城里一條不成文的規矩。”像錢家這樣的人家，往往雇有私人車夫，拉著他們在城里穿行。
對于錢學森這樣的富家子弟來說，北京的街道和市場想必蘊藏著無窮的樂趣。耍雜技的把身體扭成各種不可思議的形狀，吹糖人兒的把糖稀捏成各種動物，還有能用葦草編成各種玩具的小販。老北京人也許寧愿躲在劇場里品茶聽戲，消磨時光，但對于一個初來乍到的小男孩來說，熙熙攘攘的街道和街上的各色人等，顯然要有意思得多了。
錢學森想必也觀察到了北京人對學問的尊崇。北京是一個屬于讀書人的城市。盡管在那個時代，在中國的一些省份中，99%的人還都是文盲，但在北京，甚至連苦力、雜役和黃包車夫都能閱讀報紙和書籍。這個城市的高文化普及率部分歸功于每3年舉行一次的殿試。每隔3年，就會有一批新的學子涌至京城，接受科舉制度中最高一級的選拔考試。只有少數人可以鯉魚跳龍門，剩下的許多人或是為北京所同化，或是無顏見江東父老，往往就地擇一教席謀生。正因如此，在幾個世紀的時間里，這些人直接或間接地豐富了這座城市的文化生活。
正是在這種環境中，錢學森被送進了幼兒園。這是北京開辦的第一所幼兒園。隨后，大約在7歲的時候，錢學森被專門接收天才兒童的北京第二實驗小學錄取。
北京第二實驗小學的校址本是一所王府，一條長廊串起六進院落，兩邊種著珍貴的花梨木和竹子。花園里遍植海棠，白色花墻和月洞門掩映其間。這里的環境十分清幽，只有孩子們的笑聲和跑步聲偶爾打破寂靜。
錢學森的父親任職于國民政府教育部，這個機構的主要職責是考核各級學校、修訂教科書、督促私塾改制、監督外國學校以及開展掃除文盲運動。成立于1909年9月19日的北京第二實驗小學是中國第一批公立小學之一，最初隸屬于京師女子師范學堂（注：北京女子師范大學的前身）。這所大學是中國教育改革的先行者之一，率先向女性敞開大門，而它的小學則同時招收男女學生。當錢家1918年來到北京之時，北京第二實驗小學是北京師范大學下屬的幾所實驗小學之一。
這所學校的畢業文憑通常被認為是未來在政府謀得職位的敲門磚，因此競爭非常激烈。入學考試那天，成百上千名幼童從北京的四九城匯集到校門前。家境富裕的乘坐黃包車，貧寒之家則只能安步當車。所有孩子都打扮得平頭正臉，穿上自己最好的衣服，緊張地和父母一道排隊等候進入考場。他們魚貫而入，逐一接受考試小組的審核評判。
第一關是口試，問到的問題包括描述眼前的一幅畫，解謎語，以及倒著數數或正確完成簡單加減運算，從而表明自己的數學能力。此后會進行體檢。近視的、羸弱的、色盲的孩子都不能入選。事實上，那些在考官看來太矮、太高、太胖、太瘦——甚至是太丑——的孩子，也會馬上被篩掉。“那時候，被選中的孩子不僅要聰明，還得漂亮、健康，個頭適中，這樣當所有人都站在一起的時候，看起來才會賞心悅目，照出來的相片也會比較好看，”熟悉北京第二實驗小學歷史的霍懋征如此回憶道，“申請的學生太多了，學校盡可以挑肥揀瘦。”
篩選老師的嚴格程度絕不在學生之下。只有全中國最優秀的學生才能考進北京師范大學，而只有少數畢業生可以留校任教。這是一群嚴謹而又充滿奉獻精神的人，常常不惜花上一整晚的時間精心準備教案和教學大綱。這個職位深受尊重，很少有人會中途另謀高就。北京第二實驗小學的許多教師，都是22歲大學畢業后就來到這里，直到40年后才退休離開。
作為一名北京第二實驗小學的學生，錢學森幸運地躲過了當時刻板、嚴酷的中國傳統教育。在這里很少體罰，教師們即使生氣時也不會對學生大聲呵斥。這里的教育哲學是身教勝于言傳。當學生走進老師的辦公室時，他不僅可以坐下來說話，還會被奉上一杯清茶，就像是一個尊敬的客人一樣。
但是，在其他方面，這所學校和同時期的所有中國學校一樣嚴格。每天清晨都要檢查頭發、指甲和總體衛生狀況。學生和老師都有嚴格的著裝規定。孩子們需要穿上白色棉布制服和布鞋，男性教師身著黑色外套和白色長袍，女性教師上身穿著領子漿得筆挺的長袖襯衫，下面則是一條白褲。上課時，錢學森和他的同學必須像士兵一樣坐得筆直，挺胸抬頭，雙手背在身后，不許亂動。
每天上午，學生們都要練習書法。洗凈雙手，將宣紙小心地鋪在案上，把墨研得又黑又亮，然后就要用毛筆飽蘸濃墨，在九宮格上逐行描寫。入學第一年，學生的手太小，肌肉也不夠有力，因此寫出來的字通常大而僵硬。但到了第二年，字體便開始變得柔和流暢，頗具架勢。到了三年級的時候，學生們停止描紅，開始自行臨帖。在6年的時間里，一名學生被要求至少學會3500個字，這樣，他們就可以讀書看報了。
下午的課程安排轉向探索自然。北京第二實驗小學一個延續多年的傳統便是鼓勵學生寫“自然日記”，用玫瑰花瓣、葉子和圖畫代表他們還未能掌握的詞句。課程內容包括地球科學、地理學、音樂和美術。此外，學校還經常組織學生到北京的名勝古跡——長城、十三陵、北海和中山公園——實地探訪。
錢學森在北京第二實驗小學度過了幾年愉快的時光。他是模范學生，課業上永遠超出同學一籌，而且是老師眼中的寵兒。他的老師發現他的過人天資之后，特意安排他跳了一級。在同班同學的記憶中，錢學森是個極為聰穎的小男孩，疊的紙飛機比誰飛得都快都高。“他疊得非常精細，非常小心，讓機身嚴格對稱，折痕又光又平。這樣，當紙飛機擲出時，就可以很穩定地飛很遠，”多年以后，錢學森的朋友張維這樣回憶道，“從這個小游戲中就能看出，盡管年紀還小，要做什么事的時候，他就已經習慣于周密思索，用科學的辦法達成目的。”
錢學森的學校生活十分規律。放學時，錢家的黃包車已經等在門口，錢學森爬上車，跪坐在座位上，臉朝后望著同學們遠去。回到家中，他的教育仍要繼續。在錢學森的少年時代，對他影響最大的是他的父親而非母親。錢家治從來不硬性向兒子頭腦中灌輸常識，與之相反，他喜歡激發兒子的好奇心，鼓勵錢學森追求自己的興趣愛好。
錢學森的興趣在父親的鼓勵下全面發展。他是一個業余標本制作家，自己做的烏鴉和麻雀標本足以開個小型展覽。夏日來臨時，錢學森會捕捉蝴蝶，收集巖石和化石標本。他學鋼琴、小提琴、水彩畫。他的房間里堆滿自然科學和數學書籍。錢家治在花錢給兒子買書上面毫不吝嗇，“我的父親是我第一個老師，”70年后，錢學森在《人民日報》上撰文寫道，“他為我打開了一個藝術、音樂和文學的新世界。”
錢學森的父親說過，捕捉昆蟲是理解生物學的開始，尋找化石和巖石碎片則可小窺地理學的門徑，學習繪畫有助于理解美的概念。錢學森熱愛繪畫。多年后，他告訴自己的兒子錢永剛，如果沒能成為一名科學家的話，他很可能會當一個畫家。
時光流逝，錢學森在中西合璧的氛圍中慢慢長大。這種氛圍令他勇于提問，尋找答案，甚至敢于挑戰權威。不過，盡管經常提出問題，錢學森卻不是那種叛逆的人。天性平和的他大多數時間在家中度過，寧可讀書學習，也不愿與鄰近的小孩子一道玩耍。“再沒有比他更乖的兒子了。”錢學森的一個親戚特別強調說。
錢學森10歲時轉到了幾條街以外的另一所學校。北京第二實驗小學從一年級到四年級是男女合校，但從五年級開始，便按照性別分班。女孩子們留在北京第二實驗小學，有志繼續就讀的男孩子則要轉入北京第一實驗小學。
升入高年級并非自動。錢學森班上的學生需要接受另一輪比入學考試難得多的考試。此外，他們還要同校外的其他申請者競爭。全北京大約有1600名學生前來參加考試，爭奪160個名額。然而，錢學森卻是例外。他的學習成績十分突出，以至于老師將他作為保送生之一，無需考試，直接進入高年級。錢學森的老師為他下了“學業上、身體上和精神上都出類拔萃”的評語。
1921年，與其他100多名男孩一道，錢學森步入新的學校。主教學樓是一棟三層高的青磚小樓，與北京師范大學正好隔街相望。
扶著紅色的旋轉樓梯欄桿拾級而上，一眼可見長長的一條走廊，一側是教室，另一側則是一排平開的玻璃窗。秋風拂過，舉目望向窗外，街上的黃包車夫和行人盡收眼底，遠處，是北京師范大學灰色的屋瓦和磚樓。
教室又大又寬敞，設備相當齊全：黑板閃閃發亮，課桌十分舒服，明亮的陽光打在一排排書架上。兩年沉重的學業和激烈的競爭等在前面，在那之后，錢學森還將接受另外幾輪考試——初中入學考試，高中入學考試，大學入學考試。
盡管從錢學森幼年起，中國就在試圖改革教育體制，但錢學森受到的教育基本上仍墨守成規。與他父親上學時差不多，學校里強調的還是死記硬背，相信權威，把考試和通過考試放在教學的第一位。歷史久遠的東西往往不會輕易屈從于變革的壓力。