1941年珍珠港事件后，美對日宣戰(zhàn)，中美成為盟國。1943年，周培源再次利用休假，攜全家回到母校加州工學院，全力投入到湍流研究中。二戰(zhàn)結(jié)束后，美國海軍軍工試驗站以優(yōu)厚的待遇邀請他加入。這是一個政府科研機構(gòu)，外籍人員必須加入美國國籍。但是周先生反向美方開出條件：第一，不入美國籍；第二，只承擔臨時性任務(wù)；第三，可以隨時離開。

1947年，國民黨已全面發(fā)動內(nèi)戰(zhàn)，國統(tǒng)區(qū)政治腐敗、通貨膨脹、民不聊生，政權(quán)即將崩潰。國內(nèi)外的不少朋友當時都勸周培源不要回國。那時大學教授的月薪僅相當于大概25美元。他絲毫不留戀美國的優(yōu)厚待遇和工作條件，也不相信國內(nèi)外敵對勢力對中國共產(chǎn)黨的種種不實宣傳，報效中華之心極為堅定，帶領(lǐng)全家于1947年4月回到北平。

周培源以“獨立思考、實事求是、鍥而不舍、以勤補拙”這16個字總結(jié)了他所從事的科研活動?！板浂簧峋褪窍皴F子一樣，數(shù)十年緊緊地錐住它，就是鋼板也會錐出個孔來。如果一個人有這樣的精神和毅力，總是可以做好幾件事情的?！彼沁@樣說的，也是這樣做的。“文革”期間，全國放松基礎(chǔ)理論研究，周培源在周總理的指示下，根據(jù)科學技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，從國家近期和長遠利益的綜合考慮出發(fā)，態(tài)度鮮明地堅持基礎(chǔ)理論研究。并在《光明日報》發(fā)表文章《對綜合大學理科教育革命的一些看法》，有如空谷足音,傳達了知識分子心聲，在教育界引起很大反響。在他86歲的高齡時，還親自參與三峽工程的可行性研究的視察。1989年，他年近90歲，身患心肌梗塞，在臥床住院期間，仍然親自指導他的博士生撰寫論文，并親自對公式逐個加以校驗。正是這種精神使得他在科學生涯中取得了舉世矚目的成就。

周培源還是一位偉大的社會活動家，擔任過許多重要的職務(wù)。1947年回國后歷任清華大學教務(wù)長、校務(wù)委員會副主任。1952年全國高等學校院系調(diào)整后，轉(zhuǎn)任北大教授、教務(wù)長。此后還相繼擔任過北大副校長、校長、黨委副書記；1958年加入了中國共產(chǎn)黨。他還擔任過中國科協(xié)主席、中科院副院長、九三學社中央委員會主席及全國政協(xié)副主席等等。1981年因年事已高，他主動辭去了校長職務(wù)。半個多世紀來，每當社會發(fā)生巨大政治變動及尖銳復雜斗爭的關(guān)口，作為一位著名的社會活動家，他總是為伸張正義和維護民族尊嚴、為祖國的科學文化繁榮而奮斗。熱愛祖國追求真理，一身正氣，無私奉獻是他一生的寫照。