作为我国著名的建筑学家，梁思成与周恩来总理的交往可追溯到抗战时期。当时，正在四川进行古建筑研究工作的梁思成陪夫人林徽因到重庆看病，住在中央研究院宿舍。一天，一位年轻女子找到梁思成，自我介绍说叫龚澎，是共产党员，并说，我们共产党愿意结识一些学者，了解你们的情况，听听你的看法。龚澎文雅漂亮，又能说流利的英语，给梁思成留下了良好而深刻的印象。解放后的一天，梁思成在颐和园遇到了已是外交官的龚澎，两人谈起当年在重庆的见面，龚澎告诉他，其实那一次是周恩来从美国著名汉学家费正清的夫人费慰梅处得知梁思成的情况，特意派她去看望他的。
建国后，梁思成担任了北京市都市计划委员会副主任。当时中央领导人常常就建筑问题向他咨询，他也积极地献计献策。1950年4月10日和1951年8月15日、28日，梁思成曾3次写信给周恩来总理，就中央人民政府行政中心区位置、长安街规划以及建设工作的计划性问题直率地提出自己的意见和建议。
梁思成对古建筑的保护尤其倾注了心血。早在1945年日寇投降前夕，为了抗日军队准备大规模反攻的需要，梁思成花两个月的时间，用中英文编写出一份沦陷区文物建筑名单及简介，托人转交给当时在重庆的中共代表周恩来。20世纪50年代初，十三陵楠木大殿遭雷击，梁思成当即赶到勘察。当天晚上，他恰好出席周总理召开的一个会议，及时报告了有关情况，建议在古建筑上安避雷针。不久，周总理亲自指示国务院发出了有关通知，从此结束了雷火对古建筑的威胁。
1950年，梁思成主持设计国徽图案，又受到周总理的亲切指导和肯定。当时以梁思成为主任的清华营建系和中央美院分别设计出不同的方案，6月的一天，政协国徽审查组进行最后一次讨论，专家、学者们各抒己见。正当大家议论纷纷时，周恩来总理来到了会场，他认真听取不同意见后，注意到著名科学家李四光一直沉默不言，就问道：“李先生，你看怎样？”李四光用手指着清华的图案回答：“我看这个气魄大，有中国特色。”周总理又看了一眼两个图案，随即说：“那么好吧，就这样决定了吧。”接着，他又问：“清华的梁思成来了没有？”张奚若回答：“梁思成今天因病请假，派了助教来。”于是，总理又把清华教师朱畅中等叫到图案前，指着图案上的稻穗说：“能不能向上挺拔一些？”第二天清晨，梁思成就带病与同事们一起，认真研究了总理的指示，对一些细节又进行了修改。负责国徽主体浮雕制作任务的高庄副教授后来深有感触地说，总理有关“向上挺拔”的指示，是国徽设计成功的核心，否则，便不可能表现出时代的精神面貌。当年6月23日，全国政协一届二次会议在毛泽东主席主持下，通过了由梁思成主持设计、周恩来总理充分肯定的中华人民共和国国徽。
梁思成为新中国的建设做出了贡献，而他自己也在这些工作中受到教育，受到鼓舞，并逐步萌发了希望加入中国共产党的愿望。他说：“我觉得，我一步步地更接近了党，一步步地感到不断增加的温暖和增强着的力量”。“这温暖和力量给了我新的生命……准备着把一切献给您，给我们伟大的党和可爱的祖国。”1956年2月6日，正在出席全国政协二届二次会议的梁思成怀着激动的心情给毛主席写了一封长达3页的信，表达了要求入党的请求，并托周总理转呈毛主席。周恩来总理收到信的当天，就在一张中华人民共和国国务院便笺上用毛笔写道：“梁思成要求入党的信，即送主席阅。”毛泽东主席读信后，于2月24日批示：“刘少奇、彭真阅，我觉得可以吸收梁思成入党。交北京市委酌处。”刘少奇阅圈后，彭真也作了相应批示。按照组织程序，经基层党支部讨论并报上级党委批准，梁思成1959年1月光荣地加入了中国共产党。
文革中，梁思成受到错误批判，被定为“反动学术权威”。但周总理仍然关心着他，曾指示要解决好他的住房，照顾好他的生活等。1971年，梁思成被恢复党籍。1972年1月9日，70岁的梁思成不幸病逝。周恩来总理亲自审定梁思成的悼词，肯定梁思成“拥护中国共产党，拥护社会主义，努力从事教育事业，对我国的建筑科学做了有益的工作”。