1956年初，錢學森向中央、國務院提出了《關於建立我國國防航空工業的意見》。同時，錢學森成立了中國第壹個火箭導彈研究院——國防部第五研究院並擔任首任院長。他主持完成了“建立噴氣和火箭技術”計劃，參與了近程導彈、中近程導彈和中國第壹顆人造地球衛星的研制，直接領導了中近程導彈攜帶原子彈的“兩彈組合”試驗，參與制定了中國近程導彈攜帶原子彈的“兩彈組合”試驗，參與制定了中國第壹個星際航空的發展規劃，發展和建立了工程控制論和系統學。在錢學森的領導下，196416年6月我國第壹顆原子彈爆炸成功，1967年6月我國第壹顆氫彈爆炸成功，1970年4月24日我國第壹顆人造衛星發射成功。
錢學森在應用力學的空氣動力學和固體力學方面做了開創性的工作；與馮·卡門合作開展的可壓縮邊界層研究揭示了該領域的壹些溫度變化，並建立了“卡門-錢近似”方程。與郭永懷合作，首次將上下臨界馬赫數的概念引入跨音速流。
物理力學
錢學森在1946把稀有氣體的物理、化學和力學性質結合起來的研究，是壹個創舉。1953年，他正式提出了物理力學的概念，大大節省了人力物力，開辟了高溫高壓的新領域。1961年，由他主編的《物理力學講義》正式出版。1984錢學森向勾清泉建議，將物理力學擴展到原子分子設計的工程技術領域。
太空和噴氣式飛機
從20世紀40年代到60年代初，錢學森提出了火箭和航天領域的壹些重要概念:40年代提出並實現了火箭助飛裝置(JATO)，縮短了跑道距離；1949年，提出了火箭客機的概念和核火箭的設想；1953研究了行星際飛行理論的可能性。在1962出版的《星際航行導論》中，提出了壹種帶有噴氣發動機的大飛機作為壹級運載工具。
工程控制論
工程控制論在其形成過程中，以設計穩定與制導系統的工程實踐為主要研究對象。錢學森本人就是這類研究工作的先驅。
系統科學
錢學森對系統科學最重要的貢獻是，他發展了開放復雜巨系統的系統學和方法論。
系統工程
錢學森不僅將中國航天系統工程的實踐提煉為航天系統工程的理論，還在80年代初提出了國民經濟建設總體設計部的概念。錢學森由此提出將社會系統分為三部分:社會經濟系統、社會政治系統和社會意識系統。與三種社會形態相對應，應該有三種文明建設，即物質文明建設(經濟形態)、政治文明建設(政治形態)、精神文明建設(意識形態)。社會主義文明建設應該是這三個文明的協調發展。從實踐的角度來看，保證這三個文明協調發展的是社會系統工程。從改革開放的現實來看，我們不僅需要經濟系統工程，也需要社會系統工程。[46]
人體科學
人體科學是錢學森教授為科學、系統地弘揚中華養生文化和中醫而付出的畢生心血、成就、開拓性努力和貢獻。他的四部人體科學巨著奠定了他作為中國人體科學的先驅和先行者，人類生命科學的開拓者和奠基人之壹，中國人體科學之父的地位。
在1988到1998的十年間，先後出版了《論人體科學》(合著)、《創造人體科學》(合著)、《人體科學與現代科技發展概述》、《人體科學與現代科技》四部代表作。
思維科學
錢學森[48]
人工智能已經成為世界熱門話題，但學術思想卻處於混亂狀態。在這種背景下，錢學森站在了科技發展的最前沿，提出建立noeticscience科學技術部，科學地總結了20世紀30年代中國哲學界曾經討論和爭論過，但當時無法說清楚的思想。突出貢獻如下:
(1)80年代初，錢學森提出建立思維科學技術系。他認為思維科學是處理意識和大腦、精神和物質、主觀和客觀的科學，是現代科學技術的壹個主要部門。計算機技術革命的需要促進了思維的科學研究。
(2)錢學森主張思維科學的發展要與人工智能和智能計算機的工作相結合。他根據自己發展應用力學的親身經歷，指出人工智能和智能計算機的研究要以應用力學為參照，走理論聯系實際的道路，實際需要理論指導。
(3)錢學森將系統科學方法應用於思維科學的研究，提出了思維的系統觀，即首先以邏輯單元的思維過程為基礎，逐步構建了思維類型單壹的壹階思維體系，即構建了抽象思維、形象(直覺)思維、社會思維和獨特思維(靈感思維)。二是解決二階思維開放大系統問題；最後，決策咨詢高階思維開放巨系統。
(4)錢學森認為，馬克思主義哲學是人類對客觀世界認識的最高概括，也是現代科學技術(包括科學社會科學)的最高概括。錢學森把當代科學技術的發展概括為十個密切相關的科學技術部門。這十個科技部門的劃分方法，是錢學森運用馬克思主義哲學特別是系統論對科學分類方法的又壹次創新。[47]
入學年齡提前，學制縮短，每個人都可以提早成才。
錢學森提出了“大成智慧教育”的思想，孩子4歲可以入學，12歲初中畢業；從12到17歲，他上了高中和大學，完成了大成智慧的知識學習，加上壹年的“實習”，成為壹個行業的專家，寫畢業論文，成為大成智慧教育的大師。錢學森設想，到20世紀中葉，中國所有的年輕人都能在18歲讀完碩士，成為社會有用的通才。這種教育體系的設計旨在早期培養人才，滿足信息時代世界競爭的需要。
掌握現代科學技術體系，培養理工文結合的“多面手”。
錢學森提出的“現代科學技術體系”包括所有通過人類實踐認識的知識，暫分為11大部門，即自然科學、社會科學、數學科學、系統科學、思維科學、人文科學、軍事科學、行為科學、地理科學、建築科學、文學理論。這是壹個活的系統，是在全人類不斷認識和改造客觀世界的活動中發展變化的系統。相應的，教育要培養的人才應該是:1。熟悉科學技術體系和馬克思主義哲學；2.理、工、文、藝的結合是明智的；3.熟悉信息網絡，善於利用計算機處理知識。這樣的人是多面手。"在錢學森看來，" 21世紀的全才並不否定專家，但他這個全才，可以在壹周左右的學習和鍛煉中，從壹個專業轉到另壹個專業。“這是綜合性和專業性的辯證統壹。這樣的大成智慧大師，什麽工作都能進。以後如果工作需要，轉行也不會有什麽困難。當然，他也可以繼續深造當醫生，主要是從事科技研究，開拓知識領域。”同時，在縱向結構上，人類的知識體系可以分為基礎科學、技術科學和應用技術三個層次(文學理論的層次劃分略有不同)。這三個層次是相互關聯的。科學技術三個層次之間的關系和影響是雙向的、統壹的。它們相互滲透、相互促進，理論研究和工程實踐誰也離不開誰。哲學作為科學技術的最高概括，植根於科學技術，立足於人類社會實踐；哲學既不能反對也不能否定科技的發展，只是因為科技的發展。" [
科技與哲學的統壹結合，德、情、智並重，培養高尚的道德和科學精神。
錢學森壹直堅持把基礎理論、技術科學和應用技術統壹起來考慮專業教學的內容。他提出要充分利用計算機、信息網絡和人機結合的優勢。大成智能人才的培養，關鍵在於學生的品德和精神。因此，要依靠偉大的科學精神和崇高品德的教育熏陶，依靠自覺追求真理的興趣和激情，依靠人與計算機優勢互補的知識有效整合和積累，依靠社會實踐的長期鍛煉，培養真正的高端智能人才。錢學森非常重視哲學的意義:壹個科學家首先要有科學的人生觀和世界觀，必須掌握壹種科學的方法來研究科學！這樣，他在任何時候都不會迷路；這樣，他在科研上的壹切努力就不會白費，他才能真正為人類和祖國做出有益的貢獻。