美国准备退还部分庚子赔款，用以资助中国学生留学美国。这个消息传出，来自全国各地630多名考生，云集北京城内史家胡同游美学务处报名应考。
借助这一千载难逢的历史契机，梅贻琦正式登场亮相。
由于是清廷主办的官费生出国留学，去的地方又是国势强盛的美国，所以在遴选名额上非常严格。
根据前来参加考试的学生李鸣龢[hé]回忆，在诸多的考试项目中，英文及有关西洋学科由美国公使馆命题，国文与中国史地则由清廷学部命题，待全部考完大家已是筋疲力尽，只盼着吉星能高照到自己的头顶。
可惜幸运的人只有极少数，最终只有47人榜上有名，程义法名列榜首，二至六名依次为邝煦堃[kuàng xù kūn]、金涛、朱复、唐悦良以及梅贻琦。
关于这次考试的场景，梅贻琦没有留下过只言片语的记录，只有与他一起进入考棚且榜上有名的徐君陶，晚年回忆往事的时候曾提及过一个相关的片断，他说：“经过几项考试，一次一次的淘汰，末了剩下47个人，梅先生和我便是这47人中的两个。我记得我在看榜的时候，看见一位不慌不忙、不喜不忧的人也在那儿看榜，我当时看他那种从容不迫的态度，觉察不出他是否考取。后来在船上看见了，经彼此介绍，原来就是现在的梅先生。”
1909年10月，梅贻琦一行47名被录取的新生全部集中到上海，由游美学务处会办唐国安率领，搭乘“中国号”邮轮启程赴美。上海码头站满了送别的人群，人头攒动，鲜花混杂着泪水在岸边摇动挥洒，颇为壮观。
如此盛景，令许多老人又忆起三十多年前，同治年间选派大批幼童在上海码头登船赴美留学的那一幕。
那时的大清帝国已是风雨飘摇，即将倾圮，有识之士开始提倡推行洋务。同治十年，也就是1871年的秋天，在外交家容闳的多年倡议、奔波和曾国藩、李鸿章的鼎力相助下，选派聪颖子弟赴美国留学的计划终于得到了朝廷的恩准。
按曾国藩、李鸿章的奏折和容闳所拟的派遣留学生章程，暂定留学生总人数为120人，分四批出国，每年遣送一批，每批30人，连续派遣四年，每年大约在同一时期放洋。
被挑选出来的少年们，平均年龄不过12岁，但是他们以惊人的速度克服了语言障碍，很快就成为了就读学校中的优秀学生。可惜的是，这批幼童原计划留学15年，但是由于政治文化的差异以及国内顽固派作梗，9年后便奉命撤回，留学计划中途夭折。不过，这些留美幼童日后却会为中国的进步史添上浓墨重彩的一笔。
在这些人中，有铁路之父詹天佑；民国第一任总理唐绍仪；民国代理国务总理颜惠庆；民国政府财政总长陈锦涛；民国外交部长施肇基；天津大学第一任校长蔡绍基；中国新式警察创始人，“镇远舰”大副曹嘉祥等。更值得指出的是，还有很多人为了民族独立，在反对外国的侵略中挺身而出，壮烈牺牲。比如沈寿昌、黄祖连、杨兆南、黄季良、薛有福、邝咏钟等人。
这次带队的唐国安也是当年的留美幼童之一，他在回国后曾到开平煤矿、京奉铁路等处工作，后来到上海梵王渡约翰书院任主讲，还担任了寰球中国学生会会董。这一次，当他带领47名清朝留学生渡过浩瀚的太平洋抵达美国时，受到了美国新闻界极大的关注，因为这标志着波澜壮阔的历史潮流无法阻挡，一个新的时代到来了。
抵达美国后，大部分学子选择了哈佛、耶鲁、斯坦福、马萨诸塞州理工等名校，而梅贻琦却选择了吴士脱工科大学电机工程系。这个选择令一些交好的同学初感意外，再一想却又在情理之中，他们认为梅贻琦对学问和社会的理解，总有些与众不同，当时进入马萨诸塞州理工的同学好友徐君陶三十年后回忆说：“他那种独具见解，确和一般人不同。……总之，梅先生的精神，少年时是这样，到现在还是这样。他的成功，就本着这种精神……”
关于进入吴士脱大学后梅贻琦的学习和生活状况，他本人留下的记录或日记类资料湮没无闻，世人不得而知，但从另一个侧面或许可窥知一二，这便是杨锡仁当年与梅贻琦的交往印象。
杨锡仁回忆起梅贻琦在校的表现时，曾以理工科专业的思维归纳为几个要点：
（1）异常用功；
（2）闲暇时常背诵深思林肯的著名演讲。
（3）得到吴士脱大学校长与主科教授的特别关照；
（4）参加该校‘世界会’组织，先后任秘书、会计与会长；
（5）于同学中人缘甚佳，众人习于昵称之为Mike；
（6）性格温良，从不发脾气。
（7）寡言慎行，永远轻言细语；
（8）笃信基督教，每周与张彭春先生赴教堂。
（9）学业成绩优良。
由此可见梅贻琦不仅在校为优等生，在留学生团体中，亦是一个活跃人物。
1914年夏，梅贻琦自吴士脱大学毕业，获电机工程学士学位，并入选Sigma Xi自然科学荣誉学会会员。按他的学业成绩与志向以及庚款留学生的待遇，原本是可以继续进入研究院进修，拿到硕士、博士学位后再归国的。但天津家中兄弟姊妹众多，父亲在庚子之乱后一直失业，二弟贻瑞高中毕业后即不再继续学业，被迫去中学任教，月薪只有四十余元，无法满足一家老小吃喝穿衣，只有靠当卖衣物维持生活，经济实在困难。所以，梅贻琦决心放弃继续攻读学位而回国做事，一是负担家计，二是施展才华，实现抱负。
这年暑期，梅贻琦作别留美的同学好友，乘船归国。此时的他并未意识到，这段求学的经历，竟成为后来结缘并掌舵清华大学的坚固基石。
梅贻琦回到阔别五年的故乡，家人与师友自是欢欣非常。时代已变，人也在变，何况是万里归来的洋学士！梅贻琦的气质、学识以及看世界的角度、方法，变得广博并更具魅力。父亲在欢喜之余，认为自己那一套旧学、旧识、旧本领，已不合时宜，且年老体衰，就自觉退居二线，把一家之主的椅子让给了儿子梅贻琦，对此，梅贻琦并不谦让或者也无法谦让，他挺直腰杆，担负起一家十几口生活起居的责任。
许多年后，小弟梅贻宝在回忆中说：“五哥”主持家中大计，“立即把我送进南开中学。学费每月3元，有时因家贫交付不出，好在张伯苓校长因为是世交，而且五哥是他的得意门生，所以也不催促。转年，我考入清华中等科……我入清华当学生的那年，亦即是五哥入清华当教员的那年”
梅贻宝所说的“那年”，是民国四年，即1915年。此时，大清帝国早已灰飞烟灭，中华民国于炮火血水中诞生，当年在京考试并留下自己青春印记的游美学务处已经裁撤，移往京城西北郊清华园并更名为清华学校。
正所谓，“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春”。一个诸侯蜂起、异族入侵、科学与民主生根发芽的新局面，正在中华大地上形成。在这样的时代背景中，陆续学成归国的庚款留学生，以沉着冷静的心态、明快开朗的格调，破壁而出，勇往直前，很快于社会各界中脱颖而出，构成了二十世纪上半叶灿烂星河中一道亮丽的风景。而梅贻琦也踏着时代的节拍走进了清华园，开始了他授业、解惑的岁月。