举家搬迁至北京是钱学森童年最大的一件事。进城时，他还是蹒跚学步的幼童，待到15年后离开时，他已经是一个少年了。
无论过去还是现在，北京都是中国城市中政治色彩最浓厚的一个。在长达3000年的时间里，它是国家的政治中心，在过去的500年里，这里是首都。1908年，就在钱学森一家进京前不久，北京70万居民中，约有1/3是清王朝的军政人员。当钱学森到达这里时，他很可能会看到这样的景象：街道上身着蓝布长袍的官员穿梭往来，这身装扮在当年的京城是上等人的标志，就像今日华盛顿特区满眼的灰色条纹西装。
在北京生活的15年，让钱学森得以吸纳这里积淀千年的文化，同时也目睹了古老中国现代化的动荡转型。耳濡目染京城恢宏雄伟的宫殿高墙，绚烂夺目的奇珍异宝，不可避免地在他心中打下以北京为傲的烙印，这种骄傲与他的自信合二为一，成为影响他终生人格的一部分。
亲友们已经无法准确记起钱学森初到北京时的住处位于何方，只有记忆里一个模糊的影子，仿佛是宣武门外的某个宁静的宅子。如果它像当时京城大多数中上之家的典型住宅一样，那么就应该是个北方风格的四合院，正房的窗户朝南，以便采光取暖，而厚重的北墙则负责抵御风沙。大多数家庭中没有现代化的水电管线，只能以油灯照明，煤炉取暖。只有最富有的人家才用得上自来水，其余的则要购买井水。每三五条街就有一座水铺，通常有两三间房，一口水井，持照经营的老板下面是十几个挑水夫。这些挑水夫每天推着装满两大桶水的水车走街串巷，卖水为生。当时的家庭中还没有冲水马桶，挑粪工负责清理茅房，收集起来的粪便被晒干，装袋，由骆驼驮往城外，卖做肥料。
北京的一切，无论是住宅、街道还是文物古迹，都是为了强调等级之分而设计的。城墙拱卫下的京城，越是达官显贵，便越接近内城。从外向内，依次是旗兵驻扎的满城，达官显贵居住的小皇城，以及位于京城核心的紫禁城。在这座世界上最伟大的建筑中，居住着皇帝一家，全盛之时，数万名太监、宫女、厨师和园丁在宫室亭台间穿梭往来，为皇室提供服务。
然而，北京的大多数房屋却与这些皇室建筑形成鲜明对比。登高远眺，一片灰瓦仿如深沉的海洋，翘起的屋檐则是浪尖。钱学森很少有机会见到北京的阴暗面。一条污水沟穿过城中贫民和苦役聚居的地区，每当大雨倾盆而下，便会污水四溢，淹没民居。许多孩子淹死在这条臭水沟中，而它也成为散播污秽和疾病的渊薮。在典型的大杂院或黄包车库里，常常挤着二三十个苦役，只能以地为床，相拥取暖。有些家里穷到只能共穿一条裤子。
阶级意识和阶级压迫在街头表现得最为明显。富人高高地坐在轿子和马车上，平民百姓则只能步行。北京城里的男人，每6个人中就有一名黄包车夫，有些不过13周岁，另外一些则年逾古稀，因为一辈子的辛劳而弯腰驼背。这些车夫都穿着阔脚裤，足踝处打着布带或绑腿。黄包车上的铃铛不时响起，“好像一千部响起的电话”，提醒行人注意避让。有如此多的车夫充当脚力，京官们难得走一步路。乘坐黄包车一方面是为了显示自己高高在上的地位，另一方面，也是为了避免走在北京干旱季节尘土飞扬、一到雨季便泥泞不堪的土路上。“穿长袍的人不走路，”一位专栏作家这样写道，“这是京城里一条不成文的规矩。”像钱家这样的人家，往往雇有私人车夫，拉着他们在城里穿行。
对于钱学森这样的富家子弟来说，北京的街道和市场想必蕴藏着无穷的乐趣。耍杂技的把身体扭成各种不可思议的形状，吹糖人儿的把糖稀捏成各种动物，还有能用苇草编成各种玩具的小贩。老北京人也许宁愿躲在剧场里品茶听戏，消磨时光，但对于一个初来乍到的小男孩来说，熙熙攘攘的街道和街上的各色人等，显然要有意思得多了。
钱学森想必也观察到了北京人对学问的尊崇。北京是一个属于读书人的城市。尽管在那个时代，在中国的一些省份中，99%的人还都是文盲，但在北京，甚至连苦力、杂役和黄包车夫都能阅读报纸和书籍。这个城市的高文化普及率部分归功于每3年举行一次的殿试。每隔3年，就会有一批新的学子涌至京城，接受科举制度中最高一级的选拔考试。只有少数人可以鲤鱼跳龙门，剩下的许多人或是为北京所同化，或是无颜见江东父老，往往就地择一教席谋生。正因如此，在几个世纪的时间里，这些人直接或间接地丰富了这座城市的文化生活。
正是在这种环境中，钱学森被送进了幼儿园。这是北京开办的第一所幼儿园。随后，大约在7岁的时候，钱学森被专门接收天才儿童的北京第二实验小学录取。
北京第二实验小学的校址本是一所王府，一条长廊串起六进院落，两边种着珍贵的花梨木和竹子。花园里遍植海棠，白色花墙和月洞门掩映其间。这里的环境十分清幽，只有孩子们的笑声和跑步声偶尔打破寂静。
钱学森的父亲任职于国民政府教育部，这个机构的主要职责是考核各级学校、修订教科书、督促私塾改制、监督外国学校以及开展扫除文盲运动。成立于1909年9月19日的北京第二实验小学是中国第一批公立小学之一，最初隶属于京师女子师范学堂（注：北京女子师范大学的前身）。这所大学是中国教育改革的先行者之一，率先向女性敞开大门，而它的小学则同时招收男女学生。当钱家1918年来到北京之时，北京第二实验小学是北京师范大学下属的几所实验小学之一。
这所学校的毕业文凭通常被认为是未来在政府谋得职位的敲门砖，因此竞争非常激烈。入学考试那天，成百上千名幼童从北京的四九城汇集到校门前。家境富裕的乘坐黄包车，贫寒之家则只能安步当车。所有孩子都打扮得平头正脸，穿上自己最好的衣服，紧张地和父母一道排队等候进入考场。他们鱼贯而入，逐一接受考试小组的审核评判。
第一关是口试，问到的问题包括描述眼前的一幅画，解谜语，以及倒着数数或正确完成简单加减运算，从而表明自己的数学能力。此后会进行体检。近视的、羸弱的、色盲的孩子都不能入选。事实上，那些在考官看来太矮、太高、太胖、太瘦——甚至是太丑——的孩子，也会马上被筛掉。“那时候，被选中的孩子不仅要聪明，还得漂亮、健康，个头适中，这样当所有人都站在一起的时候，看起来才会赏心悦目，照出来的相片也会比较好看，”熟悉北京第二实验小学历史的霍懋征如此回忆道，“申请的学生太多了，学校尽可以挑肥拣瘦。”
筛选老师的严格程度绝不在学生之下。只有全中国最优秀的学生才能考进北京师范大学，而只有少数毕业生可以留校任教。这是一群严谨而又充满奉献精神的人，常常不惜花上一整晚的时间精心准备教案和教学大纲。这个职位深受尊重，很少有人会中途另谋高就。北京第二实验小学的许多教师，都是22岁大学毕业后就来到这里，直到40年后才退休离开。
作为一名北京第二实验小学的学生，钱学森幸运地躲过了当时刻板、严酷的中国传统教育。在这里很少体罚，教师们即使生气时也不会对学生大声呵斥。这里的教育哲学是身教胜于言传。当学生走进老师的办公室时，他不仅可以坐下来说话，还会被奉上一杯清茶，就像是一个尊敬的客人一样。
但是，在其他方面，这所学校和同时期的所有中国学校一样严格。每天清晨都要检查头发、指甲和总体卫生状况。学生和老师都有严格的着装规定。孩子们需要穿上白色棉布制服和布鞋，男性教师身着黑色外套和白色长袍，女性教师上身穿着领子浆得笔挺的长袖衬衫，下面则是一条白裤。上课时，钱学森和他的同学必须像士兵一样坐得笔直，挺胸抬头，双手背在身后，不许乱动。
每天上午，学生们都要练习书法。洗净双手，将宣纸小心地铺在案上，把墨研得又黑又亮，然后就要用毛笔饱蘸浓墨，在九宫格上逐行描写。入学第一年，学生的手太小，肌肉也不够有力，因此写出来的字通常大而僵硬。但到了第二年，字体便开始变得柔和流畅，颇具架势。到了三年级的时候，学生们停止描红，开始自行临帖。在6年的时间里，一名学生被要求至少学会3500个字，这样，他们就可以读书看报了。
下午的课程安排转向探索自然。北京第二实验小学一个延续多年的传统便是鼓励学生写“自然日记”，用玫瑰花瓣、叶子和图画代表他们还未能掌握的词句。课程内容包括地球科学、地理学、音乐和美术。此外，学校还经常组织学生到北京的名胜古迹——长城、十三陵、北海和中山公园——实地探访。
钱学森在北京第二实验小学度过了几年愉快的时光。他是模范学生，课业上永远超出同学一筹，而且是老师眼中的宠儿。他的老师发现他的过人天资之后，特意安排他跳了一级。在同班同学的记忆中，钱学森是个极为聪颖的小男孩，叠的纸飞机比谁飞得都快都高。“他叠得非常精细，非常小心，让机身严格对称，折痕又光又平。这样，当纸飞机掷出时，就可以很稳定地飞很远，”多年以后，钱学森的朋友张维这样回忆道，“从这个小游戏中就能看出，尽管年纪还小，要做什么事的时候，他就已经习惯于周密思索，用科学的办法达成目的。”
钱学森的学校生活十分规律。放学时，钱家的黄包车已经等在门口，钱学森爬上车，跪坐在座位上，脸朝后望着同学们远去。回到家中，他的教育仍要继续。在钱学森的少年时代，对他影响最大的是他的父亲而非母亲。钱家治从来不硬性向儿子头脑中灌输常识，与之相反，他喜欢激发儿子的好奇心，鼓励钱学森追求自己的兴趣爱好。
钱学森的兴趣在父亲的鼓励下全面发展。他是一个业余标本制作家，自己做的乌鸦和麻雀标本足以开个小型展览。夏日来临时，钱学森会捕捉蝴蝶，收集岩石和化石标本。他学钢琴、小提琴、水彩画。他的房间里堆满自然科学和数学书籍。钱家治在花钱给儿子买书上面毫不吝啬，“我的父亲是我第一个老师，”70年后，钱学森在《人民日报》上撰文写道，“他为我打开了一个艺术、音乐和文学的新世界。”
钱学森的父亲说过，捕捉昆虫是理解生物学的开始，寻找化石和岩石碎片则可小窥地理学的门径，学习绘画有助于理解美的概念。钱学森热爱绘画。多年后，他告诉自己的儿子钱永刚，如果没能成为一名科学家的话，他很可能会当一个画家。
时光流逝，钱学森在中西合璧的氛围中慢慢长大。这种氛围令他勇于提问，寻找答案，甚至敢于挑战权威。不过，尽管经常提出问题，钱学森却不是那种叛逆的人。天性平和的他大多数时间在家中度过，宁可读书学习，也不愿与邻近的小孩子一道玩耍。“再没有比他更乖的儿子了。”钱学森的一个亲戚特别强调说。
钱学森10岁时转到了几条街以外的另一所学校。北京第二实验小学从一年级到四年级是男女合校，但从五年级开始，便按照性别分班。女孩子们留在北京第二实验小学，有志继续就读的男孩子则要转入北京第一实验小学。
升入高年级并非自动。钱学森班上的学生需要接受另一轮比入学考试难得多的考试。此外，他们还要同校外的其他申请者竞争。全北京大约有1600名学生前来参加考试，争夺160个名额。然而，钱学森却是例外。他的学习成绩十分突出，以至于老师将他作为保送生之一，无需考试，直接进入高年级。钱学森的老师为他下了“学业上、身体上和精神上都出类拔萃”的评语。
1921年，与其他100多名男孩一道，钱学森步入新的学校。主教学楼是一栋三层高的青砖小楼，与北京师范大学正好隔街相望。
扶着红色的旋转楼梯栏杆拾级而上，一眼可见长长的一条走廊，一侧是教室，另一侧则是一排平开的玻璃窗。秋风拂过，举目望向窗外，街上的黄包车夫和行人尽收眼底，远处，是北京师范大学灰色的屋瓦和砖楼。
教室又大又宽敞，设备相当齐全：黑板闪闪发亮，课桌十分舒服，明亮的阳光打在一排排书架上。两年沉重的学业和激烈的竞争等在前面，在那之后，钱学森还将接受另外几轮考试——初中入学考试，高中入学考试，大学入学考试。
尽管从钱学森幼年起，中国就在试图改革教育体制，但钱学森受到的教育基本上仍墨守成规。与他父亲上学时差不多，学校里强调的还是死记硬背，相信权威，把考试和通过考试放在教学的第一位。历史久远的东西往往不会轻易屈从于变革的压力。