1945年，冯?卡门的一个大弟子到康奈尔大学创办航空工程研究生院，郭永怀便随之去任教。当时钱学森在麻省理工学院教书，他的研究成果为人类突破音障、实现超音速飞行作出了重要贡献。他还发展了新的计算方法，可以帮助解决突破音障的难题，钱学森将这一方法命名为“PLK”方法。其中“K”就是郭永怀英文名中“郭”的第一个英文字母。

烧毁手稿，毅然携夫人回国

1947年，郭永怀在西南联大的校友李佩也来到康奈尔大学，攻读管理学硕士。郭永怀与她在这里相识、相恋，1948年结为连理。夫人李佩后来回忆说：“虽然我们都在西南联大读过书，但在当时我并不认识他，只知道考中英庚款时有三个人全拿满分，这个消息传遍全校。”新中国成立前后，很多留美的中国学生都渴望回到祖国，当时，留美科协也进行了全体动员。李佩说：“当时有人要回国，来问我们是否一起走，我说要看老郭，但他手里正有很多科研和教学的任务，所以我们打算过一段时间再说。”

然而，美国从1951年开始禁止中国学生回国，连离开美国国境都一律不许。1953年夏天，英国著名教授莱特尔力邀郭永怀去英国讲学，美方却以种种借口拒绝签证。与此同时，钱学森的回国请求也一再被拒，对此，两个人都满腔怒火，却又无可奈何。

终于，在1954年的日内瓦会议上，中国代表团迫使美国同意让中国留学生回国。1955年，钱学森坐上了回国的轮船。一年后，结束了手头的工作，郭永怀和李佩也一起返回祖国。

实际上，郭永怀回国的消息刚一传出，移民局的人就找上门来，国民党当局也开始积极活动起来。1956年初，台湾“教育部”曾派一位也曾在康奈尔大学读书的同学来游说郭永怀，但他断然拒绝：“对不起，我对台湾不感兴趣，我已经买好了回国的船票。”而后，郭永怀的一位大学同学在他们回国前两天来到他家，谈了大陆的形势，问郭永怀的打算，郭永怀坚定地表示要回国、回大陆，对方听了半天没有说话。李佩说：“他也是想劝老郭去台湾的，但老郭没有等他说出口就直接挡回去了。”

而后，素来沉默的郭永怀做出了一件惊人之举，在临别的聚会上，郭永怀把自己尚未发表的论文手稿全部一页一页扔进了火堆。面对李佩的惋惜和不解，郭永怀说：“那些东西都记在了自己的脑子里，这样做是为了回国方便。”

郭永怀夫妇离开美国前，一起在赵元任家吃了一顿告别晚餐。当时，赵元任一家也邀请了胡适，但胡适觉得，这次请的都是将要回国的人，他来不太合适。但胡适却说了一句话：“连郭永怀这样的人都要回国，可见人心所向。”在胡适看来，郭永怀是一个执著于科研的书呆子，不问政治，但现在连他都要回国了，可见拳拳爱国之心！

20世纪五六十年代，“二战”后的西方正处在科技发展最迅猛的时期。对郭永怀来说，回国就意味着彻底退出世界学术前沿。中科院院士俞鸿儒说：“郭永怀第一次跟我们谈话的时候就说，他回来对个人的学术成就已经不计较了，他只是想，怎么能够把咱们国家的科学事业搞上去。”

中科院院士郑哲敏说：“郭先生回国有更大的理想和决心，他要把自己全部的身心献身于祖国，他不论什么事，只要祖国需要，便全心全意地去做好。他把自己当做铺路石子，以培养下一代作为自己的使命。国家的前途就是他自己的前途，别无他求。”