读中学时，来自社会和家庭的革命思潮不断灌注进茅以升的脑海，使他渐渐懂得了一些革命道理。1907年，同盟会的秋瑾和徐锡麟相继壮烈牺牲。消息传到茅以升就读的商业学堂时同学们无不义愤填膺，茅以升登台演讲，革命情绪最为高昂，引起全校关注。1908年，慈禧太后和光绪皇帝在北京相继去世，清王朝下令全国举丧。学校命令各班学生去祭堂举哀。茅以升非常气愤，当众把辫子剪掉。事后，学校给茅以升记大过一次，而他却毫无畏惧感，置之不理。
1911年，茅以升在江南中等商业学堂毕业，便挥笔写下“少年立志，青年成才”八个字自勉。经过5年的中学生活，茅以升的知识大有长进，但他仍觉得不足，暑假便和好友裴荣北报考清华学堂，因误考期，改考唐山路矿学堂预科而被录取，成绩名列前茅。1911年10月，武昌起义爆发，革命风暴席卷全国，学校宣布停课。
1912年元旦，孙中山在南京就任中华民国临时大总统。年初，唐山路矿学堂复课后，茅以升见裴荣等同学离校参加革命军，他也有此念头，于是把想法告诉了母亲。母亲回信说：“革命是对的，但要先学好本领，否则我就不认你这个儿子。”茅以升谨遵母亲教诲，但仍有许多问题萦绕脑际，孙中山先生的演说给他指点了迷津。孙中山指出，国民革命需要两路大军，一路大军举行起义，建立民众政权；另一路大军则学习西方先进科学技术，改变我国贫穷落后的面貌……听了孙中山先生的演说，茅以升豁然开朗。他想：在土木工程各专业中，桥梁一门需要数学和物理的知识较多，施工最艰难，技术最复杂，再加上对秦淮河上事故的印象，他毅然决定选择桥梁专业，立志为祖国的桥梁事业建功立业。
为实现孙中山先生的建国方略，夺回被帝国主义把持的铁路和桥梁的修建权，使华夏大地的铁路、公路四通八达，茅以升15岁就以优异的成绩考入了唐山路矿学堂土木系。
这所学堂与众不同，它有两个显著的特点：一是上课不发教科书，应做笔记；二是举行不定期的考试。为此，年轻的茅以升不知付出了多少辛勤的劳动，洒下了无数辛勤的汗水。发愤读书，刻苦钻研，这是茅以升为自己提出的奋斗目标。有时，课堂上一时未记下的，课后，茅以升就凭自己惊人的记忆逐一把它补上。
在大学五年里，茅以升仅整理听课笔记一项，就达二百余本，共九百多万字。辛勤的耕耘，终于结出了丰收的硕果。茅以升惊人的记忆力和善于学习的方法，使他的考试成绩总是名列前茅，以优异的成绩毕业于唐山路矿学堂。
在唐山的5年里，茅以升经历过无数次的考试，每次大考发榜，他都是全班第一名，这不得不归功于他严谨的治学态度，井井有条的学习时间计划表和两百多本笔记。他常说：“有计划一天10件事可以做好；无计划5件事也完成不了！”他还说：“看一遍不如背一遍，背一遍不如写一遍。人的四肢、头脑越用越灵，不磨炼就会生锈。”
1916年夏，茅以升在唐山毕业，同年考取清华大学官费留学研究生。茅以升由唐山保送录取，派往美国康奈尔大学土木工程系。康奈尔大学是一所世界性学府，校内聚集着十几个国家的留学生。茅以升是唐山工业专门学校第一个来该校注册处报到的学生。该处主任说：“唐山这个学校从未听过，需经考试方能注册。”出乎他们的预料，茅以升的成绩荣登榜首，为此，学校规定以后凡是唐山工业专门学校的毕业生可以免试直接入学。在美国留学的岁月里，茅以升珍惜一分一秒的时间，刻苦学习，于1917年夏获得硕士学位。卓越的成绩使他深受导师贾柯贝教授（美国工程界著名人物）的器重，因而便介绍他到匹兹堡的一个桥梁公司去实习。在桥梁公司实习的一年半中，茅以升每天（除星期天）去上夜课，获得白天上课一年的学分。随后在1919年的全年中，他昼夜做论文。功夫不负有心人，年底，他的《桥梁框架结构之次应力》顺利通过博士论文答辩，获得了加利基理工大学的第一个工学博士学位。
茅以升在科学上能取得如此伟大的成就，这不能不与他少年时代的刻苦学习密切相关。特别是他那超人的记忆力，是他同辈的人所望尘莫及的。
少年时代的茅以升在爷爷的启发教育下，对学习特别用功。为了锻炼自己的记忆力，无论是打霜下雪的早晨，还是赤日炎炎的正午，他都站立在滚滚的江边，自觉地背诵古诗古文。经过数年坚持不懈的努力，他不但能背诵上百首唐诗宋词，即使是先秦的散文也能背诵数十篇。
有一次，茅以升的爷爷在家里练习书法，抄写的是《东都赋》。当茅以升的爷爷抄完搁笔之时，他竟能把《东都赋》全部背诵下来。爷爷顿时欣喜若狂，连连称赞茅以升的记忆力好。可茅以升的爷爷哪知，茅以升常常抓紧一切可以利用的机会来训练自己的记忆力。春去冬来，几度岁月，茅以升的记忆力已相当强了。
少年时代的茅以升，除了喜爱自然科学外，还爱好古典文学。他对《水浒传》和当时盛行的武侠小说，如《大闹三门街》等很感兴趣，常常达到了如痴如醉的境地。这些文学知识极大地丰富了他的思想，陶冶了他的情操，也使他的记忆力升华到了一个炉火纯青的境界。他常以背诵诗词为消遣，也在这消遣中增强了自己的记忆力。
在美国留学期间茅以升虽然主攻桥梁专业，但为了增强自己的记忆力，他选择的第一副科就是高等数学。
一个人要使自己的记忆力得到不断的提高，就必须想方设法地寻求新的途径，保持惊人的记忆力，以达到理想的彼岸。如果把茅以升的名字与圆周率相提并论，这并不是故意耸人听闻，而是因为茅以升对圆周率确实做过精辟的论述，并有所发现，有所创新。
茅以升在学生时代就对圆周率十分感兴趣，他把小数点后一百位数都背得滚瓜烂熟，目的在于锻炼自己的记忆力。同时，茅以升在上世纪20年代前后就把圆周率的“中国数学史”和“外国数学史”作了十分精辟的论述，并做了一番详细的总结，这在近代数学上可能也是最早的，这是茅以升多年记忆的结晶。
茅以升在科学上之所以能取得伟大的成就，在于他不仅仅是为了记忆而记忆，而是把记忆与科学事业和爱国主义紧密地联系在一起。
茅以升正是因为从小善于学习、一丝不苟；能正确地利用自己惊人的记忆力来学习、工作，所以才能为中国桥梁事业做出重要贡献，谱写出桥梁史上极为光辉的新篇。