1941年珍珠港事件后，美對(duì)日宣戰(zhàn)，中美成為盟國。1943年，周培源再次利用休假，攜全家回到母校加州工學(xué)院，全力投入到湍流研究中。二戰(zhàn)結(jié)束后，美國海軍軍工試驗(yàn)站以優(yōu)厚的待遇邀請(qǐng)他加入。這是一個(gè)政府科研機(jī)構(gòu)，外籍人員必須加入美國國籍。但是周先生反向美方開出條件：第一，不入美國籍；第二，只承擔(dān)臨時(shí)性任務(wù)；第三，可以隨時(shí)離開。

1947年，國民黨已全面發(fā)動(dòng)內(nèi)戰(zhàn)，國統(tǒng)區(qū)政治腐敗、通貨膨脹、民不聊生，政權(quán)即將崩潰。國內(nèi)外的不少朋友當(dāng)時(shí)都勸周培源不要回國。那時(shí)大學(xué)教授的月薪僅相當(dāng)于大概25美元。他絲毫不留戀美國的優(yōu)厚待遇和工作條件，也不相信國內(nèi)外敵對(duì)勢(shì)力對(duì)中國共產(chǎn)黨的種種不實(shí)宣傳，報(bào)效中華之心極為堅(jiān)定，帶領(lǐng)全家于1947年4月回到北平。

周培源以“獨(dú)立思考、實(shí)事求是、鍥而不舍、以勤補(bǔ)拙”這16個(gè)字總結(jié)了他所從事的科研活動(dòng)。“鍥而不舍就是像錐子一樣，數(shù)十年緊緊地錐住它，就是鋼板也會(huì)錐出個(gè)孔來。如果一個(gè)人有這樣的精神和毅力，總是可以做好幾件事情的?！彼沁@樣說的，也是這樣做的?！拔母铩逼陂g，全國放松基礎(chǔ)理論研究，周培源在周總理的指示下，根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，從國家近期和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的綜合考慮出發(fā)，態(tài)度鮮明地堅(jiān)持基礎(chǔ)理論研究。并在《光明日?qǐng)?bào)》發(fā)表文章《對(duì)綜合大學(xué)理科教育革命的一些看法》，有如空谷足音,傳達(dá)了知識(shí)分子心聲，在教育界引起很大反響。在他86歲的高齡時(shí)，還親自參與三峽工程的可行性研究的視察。1989年，他年近90歲，身患心肌梗塞，在臥床住院期間，仍然親自指導(dǎo)他的博士生撰寫論文，并親自對(duì)公式逐個(gè)加以校驗(yàn)。正是這種精神使得他在科學(xué)生涯中取得了舉世矚目的成就。

周培源還是一位偉大的社會(huì)活動(dòng)家，擔(dān)任過許多重要的職務(wù)。1947年回國后歷任清華大學(xué)教務(wù)長(zhǎng)、校務(wù)委員會(huì)副主任。1952年全國高等學(xué)校院系調(diào)整后，轉(zhuǎn)任北大教授、教務(wù)長(zhǎng)。此后還相繼擔(dān)任過北大副校長(zhǎng)、校長(zhǎng)、黨委副書記；1958年加入了中國共產(chǎn)黨。他還擔(dān)任過中國科協(xié)主席、中科院副院長(zhǎng)、九三學(xué)社中央委員會(huì)主席及全國政協(xié)副主席等等。1981年因年事已高，他主動(dòng)辭去了校長(zhǎng)職務(wù)。半個(gè)多世紀(jì)來，每當(dāng)社會(huì)發(fā)生巨大政治變動(dòng)及尖銳復(fù)雜斗爭(zhēng)的關(guān)口，作為一位著名的社會(huì)活動(dòng)家，他總是為伸張正義和維護(hù)民族尊嚴(yán)、為祖國的科學(xué)文化繁榮而奮斗。熱愛祖國追求真理，一身正氣，無私奉獻(xiàn)是他一生的寫照。