15 sierpnia 1935 opuścił Chiny, aby studiować w Stanach Zjednoczonych.
Kariera w USA Przez pierwszy rok studiował w prestiżowym Massachusetts Institute of Technology (MIT). Doktorat uzyskał w 1939 w California Institute of Technology (Caltech), gdzie studia rozpoczął 1 września 1936. Był podopiecznym i zaufanym Theodore’a von Kármána. Qian Xuesen szybko stał się cenionym specjalistą w dziedzinie rakietnictwa i lotów z dużymi prędkościami.
Od 1 czerwca 1937 wraz z Frankiem Maliną, Johnem Parsonsem, Weldem Arnoldem rozpoczął badania w Cal Tech Rocket Research Project utworzonym przez Kármána. Grupa ta była zalążkiem słynnego Jet Propulsion Laboratory – kolebki amerykańskiego programu kosmicznego. Podjął też współpracę z założoną wówczas firmą Aerojet Corporation, z którą skonstruował wiele rakiet sondażowych i pierwszą amerykańską aerodynę startującą dzięki silnikowi rakietowemu.
Pozyskanie tajemnicy V2