1942年,由于美国战时军事科学研究的需要,放松了对外国人的限制,钱学森开始参加美国军方的机密性工作。美国军方委托加州理工学院举办喷气技术训练班,钱学森是教员之一,与陆海空三军技术人员有了接触,后来美军从事火箭导弹的军官中有不少是他当时的学生。1944年,美国陆军得知德国研制V-2火箭的情报,遂委托冯·卡门教授率领众人,大力研究远程火箭。美军原始型的“下士”式导弹就是他们那时开始设计的。钱学森负责理论组,他把林家翘、钱伟长也请来进行弹道分析、燃烧室热传导、燃烧理论研究等工作。同时,钱学森成为加州理工学院的讲师,并当了航空喷气公司的技术顾问。冯·卡门对钱学森很是欣赏,1945年初他被空军聘为科学咨询团团长的时候,提名钱学森为团员。这个团为美国空军提供了远景发展意见,钱学森在参加这个团的工作时学到从大处和远处设想科技发展问题的方法。