1916年夏，茅以升從天津唐山路礦學堂畢業，經保送派往美國康奈爾大學土木工程系留學。

茅以升剛到大學報到，注冊處的主任說：唐山這個學校從未聽說過，來我們研究院上學得先考試，合格才能注冊。結果，茅以升考試成績優異，這才注冊成為橋梁專業研究生。后來茅以升拿到康奈爾學位后，凡是唐山路礦學堂的畢業生來康奈爾做研究生的，就都不再需要考試了。

一年后，茅以升得到碩士學位。他的導師賈柯貝教授說：“你搞橋梁，光靠理論不行，一定要有實際經驗。”因此介紹他去匹茲堡一個橋梁公司實習。

實習期間，茅以升在公司制圖室、構件工廠、裝配工地、設計室都干過，兩年半下來，用他自己的話來形容，是“粗有所獲”。美國公司每天就上8個小時班，業余時間，茅以升沒有荒廢，他聽說當地的卡內基理工學院土木工程系有夜校，就申請去讀博士。

該校規定，碩士讀博士除了提交論文外，還得讀完一門主科、兩門副科、兩門外語。主科，茅以升當然選了橋梁。副科一門必須是自然科學，茅以升選了高等數學，一門必須是社會科學，他選了科學管理。外語，茅以升則選了中文和法文。

1919年底，茅以升通過了博士答辯會，成為卡內基理工學院的第一個工學博士。

1917年，茅以升剛到匹茲堡時，當地有中國留學生三四十人。大家就組成了“匹茲堡中國留學生會”，茅以升是副會長。一戰后，巴黎召開和平會議，會上英美日等國欺負中國。學生會推舉茅以升執筆寫抗議文章，發表在當地報紙上。

1919年4月30日晚，學生會在卡內基音樂廳舉行“中國夜”聲援大會，請來一千五六百當地人。茅以升是主席，請來蔣廷黻教授發表抗議演說，延請美國朋友在會上發言聲援，并散發茅以升寫的宣傳小冊子。4天后，國內發生了“五四”運動。可以說，茅以升雖然身在大洋彼端，但是其愛國情緒仍是與國內同步。

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