1924年，林徽因赴美攻读建筑学。1923年7月林徽因于培华女中毕业，并考取了半官费留学。1924年7月6日，梁思成与林徽因比翼双飞，来到美国康奈尔大学。经过康奈尔大学预备班两个月的学习与适应，他们按照出国前的安排，进入宾州大学建筑系学习。1927年2月，梁思成读完了宾州大学课程，获建筑学士学位。为了研究东方建筑，他转入哈佛大学研究生院，半年后获建筑硕士学位。1927年9月，林徽因结束了宾州大学的学业，获学士学位，转入耶鲁大学戏剧学院，在贝克教授的工作室学习半年。1928年2月，他们各自完成了学业。学成归国前，梁启超便操劳他们的婚事，决定由双方父母在国内完成他们的定婚仪式；由梁思成的大姐在加拿大渥太华帮他们完成婚礼。梁思成与林徽因于1928年4月完婚后，在欧洲度蜜月旅游，同时对西欧各国古建筑进行实地考察，准备回国。