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在克服重重困难后，钱学森终于怀着无比兴奋的心情，回到了朝思暮想的祖国。1955年10月8日中午，钱学森一行通过罗湖桥回到祖国大陆，受到中国科学院代表朱兆祥的热烈欢迎。钱学森后来在回忆文章里说：“对我个人来说，深圳是我滞留美国二十年后，于1955年乘客轮横渡太平洋，在九龙登陆后，走上祖国的第一站！我也记得在边界就见到五星红旗和毛主席像的激动心情！……经过短短的火车行程，我们中的一位同志大声喊‘看，五星红旗’。是的，这是我们的红旗，如此鲜艳。在中午太阳的光照下熠熠闪光。我们所有人突然沉静下来，很多人眼里噙着泪花。我们跨过了桥，我们来到了我们的国家，我们的祖国，我们引以为豪的国度——一块五千年文明从未间断的土地。我们还从扩音器里听到‘欢迎你，同胞们！整个国家欢迎你！我们现在正处在五年计划的第三年，我们需要你。让我们一起工作，为更加美好、更加富饶的生活努力吧！’这时，我们感到异常的兴奋。”
朱兆祥代表中国科学院除迎接钱学森一家外，还迎接与钱学森一家一路同行的李整武、孙湘教授一家。会合后，他们一起步行去深圳火车站事先准备好的接待室休息。进入接待室坐定后，朱兆祥把中国科学院副院长吴有训与陶孟和的欢迎函面交给钱学森。函述：
学森先生：先生排除万难返回祖国，我们感到无比欣慰。兹特派朱兆祥同志代表中国科学院前来欢迎。希望不久就能和您在北京相会。
钱学森看完，激动不已，立刻站了起来，再次和前来迎接他的朱兆祥握手，然后走到李整武教授的跟前说：“整武兄，这下我们真的到了中国了。恭喜！恭喜！”随后，两个人又激动地握手，如获新生，兴奋之情溢于言表。
钱学森回国后在朱兆祥的陪同下，先后到广州、上海、杭州参观或探亲，一路上感受着党和政府对他周到细致的关怀，同时看到祖国进步神速、欣欣向荣，发自内心地认同中国共产党的英明领导。10月28日上午，钱学森一家抵达北京火车站。中国科学院副院长吴有训和首都著名科学家华罗庚、周培源、钱伟长、赵忠尧等二十多人到车站迎接。钱学森一家被临时安排入住北京饭店的256、257房间。在他回到北京的第二天清早，他就带着妻子和两个孩子去观看他们曾经在美国日夜想念的天安门。站在天安门广场上，想着毛泽东主席当年在天安门城楼上宣布中华人民共和国成立的场景，钱学森越发感到祖国的伟大和可爱。面对高高飘扬的五星红旗，钱学森感慨道：“我相信我一定能回到祖国，现在，我终于回来了！”
1955年10月28日，中国科学院副院长吴有训等在北京火车站迎接钱学森。
钱学森不仅自己回来报效祖国，还动员更多的留美学生回国参加社会主义建设的高潮。1955年底，钱学森、李整武、师昌绪、谢家庆、许国志等七十名刚回国的留学生联名写了一封题为《写给留美的中国同学们》的公开信。信中说：
我们是最近回到祖国的一群，经过几个月的观察和生活后，使我们感到有向你们作一个真切详尽报道的责任。一方面可以满足你们对祖国建设关怀的热诚，另一方面使你们明了我们回国后的实况，用来协助你们选择一条最光明最有意义的道路。
信中还介绍了社会主义新中国蒸蒸日上的各方面情况，并在信的最后指出：
希望能使同学们对新中国有一个新的认识。中国需要建设，需要每个中国人的帮助。她的康乐富强是大家的荣誉，也是由大家的血汗洗刷出来的，目前的新中国的科学事业，正当发展时期，需要人力的培植，不但需要基层干部，尤其需要高级教学及研究领导人员。祖国期待着你们早日回来，参加光荣的愉快的建设工作。