1924年6月，梁思成和林徽因都考取了赴美国官费留学。
这一年，林徽因二十岁，梁思成二十三岁。他们先是一起赴美国的康奈尔大学读预科班，然后前往费城的宾夕法尼亚大学攻读建筑学专业。
梁思成顺利地进入了建筑系学习。林徽因报到时却遇到意外，校方告知她：建筑系只收男生，不收女生。因为校方认为建筑系的学生经常须在夜里作图画画，而一个女生深夜待在画室是很不适当的。因此建筑系不招收女生。林徽因只得和美国女学生一样，报的是美术系，选修建筑课程。宾大美术学院教学方式独特，学院有一个设备齐全的工作室，学生可以随时进去设计自己的作品。
宾夕法尼亚大学创立于18世纪，属于常春藤大学联盟，这所大学的学术风气十分浓厚，历任校长思想活跃，研究院办得也很出色。梁思成就读的建筑学研究院，是尤其出色的一所。不上课的时候，林徽因、梁思成便约了早一年到宾大的陈植，去校外郊游散步。有时，他们也散步到栗树山一带，那里到处是漂亮的宅邸，树木繁茂，环境幽雅，那是富人的居住区。兴致好的时候，他们便坐车子到蒙哥马利、切斯特和葛底斯堡等郊县去，看福谷和白兰地韦恩战场，拉德诺狩猎场和长木公园。
据林徽因的好友费慰梅描述：大学时代，美国学生多认为中国学生十分刻板和僵硬，林徽因却是个例外。林徽因异乎寻常的美丽，聪明活泼，说一口流利的英语，善于和周围的人搞好关系。陈植常在大学合唱俱乐部里唱歌，爱开玩笑，幽默活泼，也是最受欢迎的男生。而梁思成则是一个严肃用功的学生。生性浪漫的林徽因，满脑子创造性，常常先画出一张草图或建筑图样，随着工作的进展，就会提出并采纳各种修正或改进的建议，这些草图或建筑图栏又由于更好的意见的提出而被丢弃。当交图的最后限期快到的时候，就是在画图板前加班加点拼命赶工也交不上所要求的齐齐整整的设计图定稿了。这时候梁思成就参加进来，以准确和漂亮的绘图功夫，把那乱七八糟的草图变成一张清楚整齐能够交卷的成品，使得林徽因对他既敬佩又感激。
梁思成虽然学的是建筑专业，但他在音乐和绘画方面都有很好的修养。宾大要求学生自己设计作品，他的第一件作品便是给林徽因做了面仿古铜镜。那是用一个现代的圆玻璃镜面，镶嵌在仿古铜镜里合成的。铜镜正中刻着两个云冈石窟中的飞天浮雕，飞天的外围是一圈卷草花纹，花环与飞天组合成完美的圆形图案。图案中间刻着一行字：“徽因自鉴之用，思成自镌并铸，喻其晶莹不珏也。”林徽因惊奇地赞叹着：“这件假古董简直可以乱真啦！”
梁思成告诉她：“做好以后，我拿去让美术系研究东方美术史的教授鉴定这个镜子的年代。他不懂中文，翻过来正过去看了半天，说从来没见过这么厚的铜镜，从图案看，好像是北魏的，可这上面的文字又不像。最后我告诉教授，这是我的手艺。教授大笑，连说Hey！mischievousimp！（淘气包）”
林徽因听了，不禁笑得前仰后合。没想到，这个谦谦君子还会这样调皮！
入校不到一个月，梁思成的母亲患癌病逝。梁林二人此时刚刚入校，一切尚未就绪，梁启超再三致电不让思成回国奔丧，只让思永一人回去了。梁思成悲痛欲绝，林徽因便同他在校园后边的山坡上搞了一次小小的祭奠。梁思成焚烧了他写给母亲的祭文，林徽因采来鲜花绿草编织成花环，朝着家乡的方向挂在松枝上。
母亲去世后不久，梁思成接到父亲的信，信中讲到林徽因的父亲林长民要去奉军郭松龄部做幕府，他不听朋友劝阻，乱世之中安危莫测。这时，林徽因想起父亲也好久没有来信了，开始担心起来。
每天，当去取信的梁思成两手空空回来时，她心头感到了失望和恐慌。令人忧心的消息不断从大洋彼岸传来。报上有消息说：郭松龄在滦州召集部将会议，起事倒戈反奉，通电张作霖下野，并遣兵出关。又有消息说：郭军在沈阳西南新民屯失利，郭部全军覆没。
后来，忧心如焚的林徽因终于盼到了家书。信是梁启超写给思成的：
我现在总还存万一的希冀，他能在乱军中逃命出来。万一这种希望得不着，我有些话切实嘱咐你。
第一，你要自己十分镇静，不可因刺激太剧，致伤自己的身体。因为一年以来，我对于你的身体始终没有放心，直到你到阿图利后，姐姐来信，我才算没有什么挂念。现在又要挂起来了，你不要令万里外的老父为着你寝食不安，这是第一层。徽因遭此惨痛，唯一的伴侣，唯一的安慰，就只靠你。你要自己镇静着，才能安慰她，这是第二层。
第二，这种消息，看来瞒不过徽因。万一不幸，消息若确，我也无法用别的话解劝她，但你可以将我的话告诉她：我和林叔叔的关系，她是知道的，林叔的女儿，就是我的女儿，何况更加以你们两个的关系。我从今以后，把她和思庄一样看待，在无可慰藉之中，我愿意她领受我这十二分的同情，度过她目前的苦境。她要鼓起勇气，发挥她的天才，完成她的学问，将来和你共同努力，替中国艺术界有点贡献，才不愧为林叔叔的好孩子。这些话你要用尽你的力量来开解她。
林徽因看了这封信，心情很是沉重。再没有谁能比她更了解父亲了。林长民性格开朗，不拘小节，但他是个充满政治热情的人。林徽因知道，依照父亲的性格，他对认定了的事情，总是不遗余力，更不会吝惜自己的生命。
往国内拍发的几封电报，终于有了回音。那是一个令人心碎的消息。
梁启超在信中说：
初二晨，得续电又复绝望。昨晚彼中脱难之人，到京面述情形，希望全绝，今日已发表了。遭难情形，我也不必详报，只报告两句话：（一）系中流弹而死，死时当无大痛苦。（二）遗骸已被焚烧，无从运回了。
徽因的娘，除自己悲痛外，最挂念的是徽因要急煞。我告诉她，我已经有很长的信给你们了。徽因好孩子，谅来还能信我的话。我问她还有什么话要我转告徽因没有？她说：“没有，只有盼望徽因安命，自己保养身体，此时不必回国。”
我的话前两封信都已说过了，现在也没有别的话说，只要你认真解慰便好了。
林徽因只看完开头几行便昏倒了。一连几天，她精神恍惚，眼前总是闪现着父亲的影子，仿佛看到雪池胡同家中那两棵栝树，在料峭的寒风中颤抖。那个风流儒雅、以天下为己任的父亲，那个慈爱温和、博学多才的父亲，难道从此从这个世界永远消失了吗？
不久，林徽因又接到了叔叔林天民的信和寄来的报纸。她从《京报》《益世报》《大公报》《盛京时报》等报刊上知道了父亲亡故的详细经过。
1925年，军阀张作霖依靠日本政府的支持，兵分四路进攻北平，意欲打败华北军阀，自任总统，统治全中国。11月，郭松龄将军向全国发表《反奉通电》：反对内战，倡导和平；要求张作霖下野，惩办内战罪魁杨宇霆；改造东北，再造三省新局面。这个爱国进步的通电，得到了中国共产党、国民党左派和一切进步团体以及各界群众的热烈欢迎。一时间，京津及全国各地，纷纷集会游行、发表通电予以声援。
不久，郭松龄将原奉军第三方面军改称东北国民军，起兵反奉，打倒军阀，制止内战，誓死救国。林长民当时应邀参加郭松龄幕府，担任政务处长。郭部开出十余列火车向山海关进发。出关后，郭松龄部队士气旺盛，接连攻下山海关、连山和锦州，迅速击溃辽西奉军各部。张作霖手中无兵可援，惶惶准备下野。正在此时，日本公开武力干涉，郭军一度受阻。
12月21日，郭松龄在辽河两岸的新民召开紧急军事会议，决定当晚向张作霖的“讨逆军”发动总攻击。两个多小时激战后，逼近张部指挥中心。由于张作霖得到日本政府的支持，调集大批部队反攻，而郭部内部却出现了叛徒，因而形势急转直下，郭军节节溃败。郭松龄见全线失利，遂宣告他率一部突围，同夫人韩淑秀、幕府饶汉祥、林长民及卫队乘马车向锦州方向奔逃。在行至新民县西南四十五华里苏家窝棚时，被奉军王永清骑兵袭击。郭松龄带领卫队进入村中，凭借村舍进行抵抗，卫队死伤过半，和郭松龄同行的林长民中流弹身亡。后来又被误认为是日本人而焚烧了尸体，殁年四十九岁。郭松龄夫妇藏于民家菜窖中，后被搜出押往辽中县老达镇，25日被押至距老达镇五里许的地方枪杀。
林徽因得此噩耗，悲痛万分，泣不成声。父亲逝世，对于林徽因来说就整个天空的轰然倒塌，是她人生中遭受的第一次巨大打击。林徽因与父亲有着深厚的感情。她是父亲最疼爱的孩子，她的一切都是父亲赋予的。林长民曾经不无骄傲地对徐志摩说过：“做一个有天才的女儿的父亲，不是容易享的福，你得放低你天伦的辈分，先求做到友谊的了解。”林徽因和父亲之间，既是父女，也是师友，更是知己。年仅四十九岁，那样有生气、有才干的父亲竟然就此撒手人寰，怎能不令人伤心欲绝？
此时，她还挂念着年迈多病的母亲，挂念着几个幼小的弟弟，她知道父亲生前没有多少积蓄，一家人的生计将难以维持。想到这些，她执意要回国。这时，远在中国的梁启超得知后，频频电函阻止，告诉她福建匪祸迭起，交通阻隔，回来会出意外。并告知她，家里的事他可以帮着处理，不用她担心。只需她节哀，好好注意身体，继续在美国求学。梁思成也一再劝阻，林徽因终于没有回去。
后来，她又想回国考取清华官费或在美国停学打工一年，以解决留美经费问题，又一次受到梁启超的劝阻。梁启超写信给梁思成说：“徽因留学总要以和你同时归国为度，学费不成问题，只算我多一个女儿在外留学便了。”几天后梁启超就致信问梁思成，林徽因留学费用还能支撑多少时间，嘱他立刻回告，以便筹款及时寄到。当时，梁家的经济也很困难，梁启超准备动用股票利息解难。他早已把林徽因视为家庭的一员，对林徽因多了一份舐犊之情。同时，梁启超在国内尽心地照顾着林长民的其他家眷。
那段时间，林徽因深陷丧父之痛，整日以泪洗面，卧床不起。那些日子里，她感到那些泛滥的黑白光影铺满了整个世界，浓重阴郁的死亡气息简直令人窒息。她感到一种锥心的难受。陈旧发黄的画面铺天盖地地涌到她的脑子里，一帧一帧都是时光的碎片，父亲的身影，父亲的笑容，父亲的声音，陪伴她儿时的记忆。
生命不过是沧海一粟，却承载了太多的悲欢离合。如今，生命中最呵护她的那一层保护外壳，带着血和痛被无情地剥落了。她感到自己像一只刚刚出壳的小雏鸡，孤零零地站在这个世界上，娇嫩而柔弱。
窗外，残阳似血。梁思成来了，轻轻握住她的手，冰凉。她的手轻轻动了一下，感到了一丝暖意。这些天，他像一个沉默而忠诚的守护神，一直陪伴在她身边。当她吃不下饭的时候，他就去学校的餐馆烧了鸡汤，一勺一勺喂她。
梁思成的体贴，让仿佛身处悬崖上的林徽因产生一种深深的依赖。她仿佛感到自己从来没有像今天这样软弱，这样需要一个宽厚的肩膀来靠一靠。
她扑进梁思成的怀抱，无声地哭了。
爱，既是花前月下的卿卿我我，儿女情长；更是患难中的彼此扶持和共同承担。原本活泼快乐的林徽因开始沉静下来，原本单纯的目光里多了些深沉与忧郁。
后来，受邀前往宾大讲演的老朋友胡适见到她，都忍不住叹息道：林徽因有了不小的变化，个子长高了点，看上去老成了许多。
是的，她在爱与痛中慢慢地成长、成熟。