中國的考試制度一向廣受爭議。開啟于漢代的這套人才選拔制度從明朝之后在中國文化中扮演決定性角色。從表面看來，這一體系給人一種唯才是舉的假象，但實際上，它卻排斥真正的思考和求索能力，受益者多為權貴。科舉考試只面向特定的一群人：女性被完全排除在外，僧侶、行刑者、妓院老板、理發匠、服喪者、戲子及其后代也都無權參加考試。但更重要的是，艱澀的考試內容和對某些特定內容的強調將更多的人擋在大門之外。只有富人家里才請得起私塾先生，沒那么富貴的人家只能寒窗苦讀，皓首窮經。
熱衷功名富貴的讀書人必須經過三輪考試。第一輪被稱為童生試，每年一次，在每個考區最大的城市中舉行。應試者必須在12天里完成多篇詩文。通過童生試的人有資格參加當地官學主持的兩年一度的考試，少至髫齡幼童，長至八旬老翁，全都要在逼仄的監號里考上一天一夜。為了防止作弊，這個過程還要重復一次。在大約2000多名考生中，只有20個文筆最優秀者能夠脫穎而出。他們從此將被稱為秀才，享有免交賦稅、不被動刑的特權，而且可以進入當地官學攻讀3年。
接下來就是每3年舉行一次的鄉試。秀才們將面臨更加激烈的競爭：每12000名考生中，只有100余人可以通過這第二輪篩選。在長達3天的時間里，他們被關在僅容一人睡臥的號房里，完成規定格式的八股文和試帖詩。為了應付考試，一些人發明出了巧妙的作弊方式，但是一旦被發現，就可能被處死。科舉考試的壓力是如此之大，以至于有些人因此而神志失常，還有人在號房里突發疾病甚至死亡。那些最終勝出的考生，用一位歷史學家的話來說，“簡直就像奧運會金牌獲得者一樣”。他們自此可以夸耀鄉里，在官僚體系中占據要職，而且獲得了參加第三輪也是最后一輪考試的權利。
每3年在北京舉行一次的殿試由皇帝親自主持。最優秀的試卷被挑選出來，由皇帝加以御筆朱批，而這些八股文的作者也自此成為“士林典范”。能夠在殿試中脫穎而出的考生幾乎一定能夠在帝都為官，許多人還會成為皇帝的內閣成員和宰輔。
根據政治風向和朝代變遷，考試的內容和方式也時常改變。帝王的個人喜好常會左右取士標準。比如，好大喜功的乾隆皇帝，就偏愛華麗的文風。“即使是字體也以豐圓肥潤為上”，一位學者指出。而雍正皇帝當政時，宣揚止戰非攻、與民生息的文章則大行于道。
有時候，科舉考試甚至會帶上一點刺探情報的間諜戰味道。1644年，滿族入主中原，征服了整個中國。一心想著如何完成統一大業、鎮壓漢人反叛，滿族征服者將科舉制度也當成了收集各地情報的一種途徑。在考試中，考生們被要求用簡短的文字回答諸如如何鎮壓叛亂、如何籌集軍費、如何查處腐敗、如何促進滿漢融合等實際性的問題。
到了1740年的時候，科舉考試已經開始遭到考生們的激烈抨擊。當時人口激增，但入選名額卻保持不變，而且即使是通過考試者，也很可能得不到官職。一直以來，官府對于這些問題和未能謀得官職的學子們的抱怨置若罔聞，但到了20世紀初，整個科舉制度不得不作出改變，以應對西方遙遙領先的技術進步。
就在錢學森出生前幾年，1901年庚子事變之后，清政府在《辛丑條約》中同意，凡有西方人遭義和團殺害的地區，科舉考試停辦5年。1901年，光緒皇帝下令廢止八股取士，把考試重心從玄虛的八股文、書法和律詩轉為更實際的施政問題。1905年，科舉考試全面廢止，此后在中國發生的眾多大事更進一步動搖了傳統教育體系的各個方面。
1915年，廢除選舉、稱帝登基的袁世凱統治下的政府日益身陷外國債務的泥沼之中。對他竊取權力的聲討浪潮席卷全國，地方軍閥紛紛宣布脫離袁世凱政府獨立，袁世凱羞憤交加，健康狀況急劇惡化，于1916年死于尿毒癥。各地軍閥之間的內戰此起彼伏，自然災害和饑荒也肆虐中原。盡管錢學森此時仍勤勉而愉快地專注于自己的學業之中，他卻不可避免地將在一個混亂的國家中長大成人。
20世紀20年代初，一批深具影響力的訪客先后來到北京，其中包括美國教育改革家杜威（Dewey），英國哲學家羅素，德國物理學家愛因斯坦，印度詩人泰戈爾……這些人中影響最大者首推杜威。在公開演講中，杜威鼓吹在民主的環境下將教育與工業結合起來。通過強調讓孩子在課堂中扮演主動角色，杜威給中國帶來了“游戲實驗室”的理念，用沙箱、測量儀器和積木打造出一個新式課堂。中國的教育家開始加倍關注美國的教育改革實踐，比如男女合校、智商測試、心理測驗以及課外活動等。錢學森不僅可以從學校中接觸到這些理念，而且也可以在家里，從在教育部工作的父親身上耳濡目染。
盡管為等級制度服務的舊有的教育制度已然灰飛煙滅，但它并沒有一下子為現代的西方教育體系讓開道路。一方面，在西方的實證主義傳統下，錢學森被鼓勵去探索、提問和挑戰現有的知識體系，而在另一方面，他又不能夠向教師的權威發起質疑。他仍然面臨無休無止的默誦和考試。這樣的結果就是，錢學森的童年幾乎都是在20世紀20年代那個如流沙般時時變化的不完美的體系中力爭完美地度過的。
兩年的時間就這樣過去了。1923年，錢學森考入了北京師范大學附中，當時京城里最好的男女合校的中學。這里所奉行的也是他自幼接觸的實驗教育體系。緊鄰北京師范大學附小，建筑風格幾乎如出一轍，這里的老師通常都是北京師范大學的畢業生或教授。在這里就讀中學，不過是錢學森往日生活節奏的一種延續。
當然，北京師范大學附中要比第一實驗小學大得多了。這兒有許多一層樓的教室、教師辦公室和宿舍，一個橢圓形的大操場，幾個網球場和排球場，一座新的圖書館，園丁精心打理的丁香圃，以及裝備有剛剛從德國進口的嶄新閃亮的科學儀器的實驗室。每當整時三刻，一位老者會敲響樹上懸掛的一口鐘，通知大家下課的時間到了。
“這所學校里的學生在很多方面都與紐約著名的布朗克斯科學高中（Bronx High School of Science）并無分別。”一位校友回憶道。大多數學生希望日后在理、工、醫這三個領域繼續深造。在最初的3年時間里，學生們在英語、數學、中文、生物、化學、歷史、物理和第二外語這幾門科目上打下堅實的基礎。此后，他們將在接下來的3年里，選擇專攻科學或人文學科。一些學生在老師的指導下開展獨立的研究計劃，或者是進修高級的大學課程，例如微積分和社會學。
盡管有著大學的氣氛，但北京師范大學附中卻像一所軍校一樣管理嚴格。男孩子們身著灰色棉布制服，女生則是白襯衫配小黑裙。學校絕對不允許他們談情說愛。一位畢業生回憶道：“曾經有一些學生陷入情網，但一旦被校方發現了他們的羅曼史，其中一方就必須離開學校。”
在考試之前開夜車也被加以禁絕。校方希望學生深入領會學到的東西并將它們變成每日生活的一部分。教師們會幫助學生掌握記筆記和記憶的技巧。錢學森從不開夜車。事實上，有著出眾記憶力的他可能根本就不需要臨時抱佛腳式的突擊學習。他享受學習的過程，仿佛一直都在勤學不輟。即使是在放學后，錢學森也經常獨自坐在空蕩蕩的教室里，埋頭苦讀。
在中學里，錢學森依然是個完美的學生。多年以后，當被要求描述錢學森給人留下的印象時，他的同學經常用到“安靜”和“規矩”這兩個形容詞。錢學森的生活一絲不茍，井井有條。他偶爾也會和其他的男孩子一起打球，但每天下午總是會在同一時間準時回家。當朋友們登門拜訪時，發現他的房間總是一塵不染。
一如既往，錢學森的功課還是遙遙領先。他的同學譚蔭恒曾這樣寫道：“我聽到同學們說，李士博（一位講授生物學和植物學的資深教員，在北京師范大學附中享有很高的聲譽）常常對錢學森對學業的專注和刻苦贊賞有加，并且要求我們都以他為榜樣，用功學習。”
初中的3年時間讓錢學森有機會可以探索不同的人生軌跡，未來逐漸在眼前展現。他擅長畫動物、流水和花朵；他的生物學作業完成得非常生動，多年之后還被學校保留著；他對音樂有一種異乎尋常的敏銳感知，拉一手好小提琴；他與同學們討論魯迅和其他著名作家的作品，甚至被推選為班級代表參加辯論會。天賦出眾的錢學森畢業時可以有十多種不同的人生道路選擇，但當進入初中三年級時，他卻下定了決心，要在科學領域一展所長。在接下來的3年里，錢學森全身心地投入到了高等化學、物理學、生物學和數學的學習中去。
如果北京的經濟形勢在20世紀20年代可以稍為穩定一些的話，錢學森或許會考慮一條完全不同的人生軌跡。比如，他曾經很認真地想過要成為一名藝術家。但是，他的中學時光卻與年輕的中華民國最艱難的一段歲月恰好重合。
整個國家先是陷于無政府狀態，然后便是此起彼伏的內戰。直至1925年蔣介石率軍北伐，中國一直處于軍閥割據的戰亂狀態中。3年的艱苦奮戰后，國民黨取得勝利。1928年，國民政府遷都南京，而故都北京則逐漸陷入衰敗之中。
北京城里百業蕭條，只有少數經世致用之學尚有用武之地。整個20世紀20年代，北京是一座不斷衰敗下去的城市。紫禁城的紅墻剝落失色，建筑工地半途而廢，水泥路面破爛不堪，管線裸露，污泥遍布。失業率飆升，教授、政府官員甚至是以前雄踞一方的將軍都淪落為與黃包車夫為伍的苦力。一些大學生為貧苦所迫，甚至過上了雙重身份的生活：下課之后，躲在胡同里脫下長衫，便搖身一變成為黃包車夫。對教育體系感到幻滅的教師們開始信奉社會主義。所有這些都給年輕的錢學森留下了難以磨滅的印象。當憶及中學時代時，錢學森對當時的北京師范大學附中校長努力保全學校的勇氣印象深刻：“你可以想象，在舊中國，在當時的北京，那是多么糟糕的一段時光。”在這種情況下保持學校的正常運轉，簡直是“不可能的任務”。但是附中的校長不僅做到了這一點，還將其變成20世紀全中國最好的學校之一，“這實在是個奇跡！”
1928年到1929年間，進入高中三年級的錢學森開始考慮上大學的問題。在一次班級組織的遠足旅行中，他參觀了兩所北京城里最好的學校——清華大學和北京大學。他的同學回憶道，錢學森非常細心地考察了兩所學校的實驗室，并給出了敏銳精確的評價。
毫無疑問，錢學森將會上一所最好的大學。幾乎沒有例外，北京師范大學附中的畢業生都能考上大學，而其中半數以上將進入全國最好的大學就讀。1929年，上海本地報紙《申報》刊登了一份上海交通大學的入學考試成績單。錢學森以第三名的成績被這所全中國最好的工學院的機械工程系所錄取。
經過仔細考慮，錢學森決定主修鐵路工程。在中國，這還是一個相當新的領域，增長速度驚人。直到1929年，中國絕大部分國土仍不通鐵路。1881年，以西方零配件組裝成的中國第一臺蒸汽機車首次問世，而從開平煤礦到附近大運河的一段7英里長的鐵軌是當時中國僅有的鐵路。15年后的1896年，中國的鐵路總長度只有可憐的370英里，而當時美國已經擁有驚人的182000英里長的鐵路網。但是，在接下來的30年中，鐵路逐漸成為一種強大的軍事和政治武器，在中國的大地上留下永久的傷痕。
在清政府的抗議和阻撓下，中國的“鐵路化”還是在世紀之交時開始了。在自己的勢力范圍內，俄國人建造了將黑龍江與口岸城市海參崴連接起來的鐵路線，日本人的鐵路從朝鮮半島的釜山修到了奉天，德國人在山東大建鐵路網，而在長江流域，舉目是英國人修建的鐵路。從1900年到1905年，外國人在中國建造了全長3222英里的鐵路。每個國家所建鐵路的標準均不一致，以免彼此連接。在事實上，這種現代化的交通體系開始將中國分裂成為一個個被外國人統治的區域，有效地將中國瓜分成為各自獨立的殖民地。
形勢很快變得明朗起來：控制住鐵路，也就控制住了中國。在1900年的義和團運動中，清政府用北京的鐵路線加快調兵遣將的速度，而后又將其拆毀，以減慢外國軍隊的推進。在1911年的辛亥革命中，清政府迅速從北京調集軍隊，借助鐵路將其派往武漢，對革命軍加以鎮壓。但從太原趕來的革命軍成功切斷了補給線，從而幫助革命軍贏得最終的勝利。
國民黨接管政權之后，開始致力于統一鐵路。從1912年到1920年間，中國鋪設了超過1000英里的新鐵路，大多數由日本、歐洲和美國銀行家提供投資。隨著新鐵路的不斷建造，便需要雇用新的工程師，這一需求逐年看漲。這是一個胸懷大志的青年學生投身于腳踏實地的重要基礎工業的絕佳機會。1929年秋天，錢學森脫下中學制服，換上一身學生長袍，懷著成為一名鐵路工程師的理想，直奔上海交通大學。他與北京，就此作別。