上了大学，父亲杨武之便开始给杨振宁介绍比较高层次的数学知识和思想方法，让杨振宁接触了近代数学的精神，深刻地影响了杨振宁在科学研究上的风格。

1942年，在中国近代著名物理学家王竹溪的指导下，杨振宁开始统计力学的研究，统计力学成为杨振宁另一个主要研究领域。

1944年，杨振宁以88.28的优秀成绩取得清华大学物理系硕士学位。此时，杨振宁也顺利被清华大学录取为第六届留美公费生。这一年，杨振宁22岁。

1945年8月28日，他远赴美国求学，走向更加广阔的天地。

在芝加哥大学，杨振宁一开始想做实验，因为他觉得实验技能对他将来回国后更有用。然而杨振宁逐渐发觉，尽管自己懂得很多物理知识，但似乎在实验方面并不擅长。

而此时，泰勒察觉到了杨振宁的苦恼和不安，就建议他专心做理论物理的研究，并愿意当他的导师。从此，杨振宁便轻装上阵，走上了理论物理学之路。

芝加哥大学博士毕业后，杨振宁在科学家费米和泰勒的推荐下，去往普林斯顿高等研究所做博士后，还与仰慕已久的爱因斯坦成为了同事。在普林斯顿高等研究所，杨振宁一心扑在了理论物理的研究上。

杨振宁曾经在西南联大做学士论文的时候，在父亲杨武之和吴大猷的引导下，学会应用群论，物理学中对称性问题的研究成为杨振宁最喜欢和最主要的领域。也正因为如此，此时的杨振宁便又产生了一个大胆的想法，那就是把规范不变性推广出去。

这种想法具有极大的诱惑力，使杨振宁几乎“走火入魔”，但遗憾的是，他每一次的努力都在同一个地方卡了壳。虽然屡次卡壳，但杨振宁并没有放弃，在布鲁克海文实验室，同一办公室的米尔斯对他的这个想法也颇有兴趣。

令杨振宁惊喜的是，在与米尔斯的讨论中，没有再像以前那样，在“同一个地方卡壳”了，而且越讨论，方向越清晰。