1924年6月，梁思成和林徽因都考取了赴美國官費留學。
這一年，林徽因二十歲，梁思成二十三歲。他們先是一起赴美國的康奈爾大學讀預科班，然後前往費城的賓夕法尼亞大學攻讀建築學專業。
梁思成順利地進入了建築係學習。林徽因報到時卻遇到意外，校方告知她：建築係隻收男生，不收女生。因為校方認為建築係的學生經常須在夜裏作圖畫畫，而一個女生深夜待在畫室是很不適當的。因此建築係不招收女生。林徽因隻得和美國女學生一樣，報的是美術係，選修建築課程。賓大美術學院教學方式獨特，學院有一個設備齊全的工作室，學生可以隨時進去設計自己的作品。
賓夕法尼亞大學創立於18世紀，屬於常春藤大學聯盟，這所大學的學術風氣十分濃厚，曆任校長思想活躍，研究院辦得也很出色。梁思成就讀的建築學研究院，是尤其出色的一所。不上課的時候，林徽因、梁思成便約了早一年到賓大的陳植，去校外郊遊散步。有時，他們也散步到栗樹山一帶，那裏到處是漂亮的宅邸，樹木繁茂，環境幽雅，那是富人的居住區。興致好的時候，他們便坐車子到蒙哥馬利、切斯特和葛底斯堡等郊縣去，看福穀和白蘭地韋恩戰場，拉德諾狩獵場和長木公園。
據林徽因的好友費慰梅描述：大學時代，美國學生多認為中國學生十分刻板和僵硬，林徽因卻是個例外。林徽因異乎尋常的美麗，聰明活潑，說一口流利的英語，善於和周圍的人搞好關係。陳植常在大學合唱俱樂部裏唱歌，愛開玩笑，幽默活潑，也是最受歡迎的男生。而梁思成則是一個嚴肅用功的學生。生性浪漫的林徽因，滿腦子創造性，常常先畫出一張草圖或建築圖樣，隨著工作的進展，就會提出並采納各種修正或改進的建議，這些草圖或建築圖欄又由於更好的意見的提出而被丟棄。當交圖的最後限期快到的時候，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。這時候梁思成就參加進來，以準確和漂亮的繪圖功夫，把那亂七八糟的草圖變成一張清楚整齊能夠交卷的成品，使得林徽因對他既敬佩又感激。