1936年至1937年，据清华大学休假规定，周培源赴美国，在普林斯顿高等学术研究院从事理论物理的研究。其间参加了爱因斯坦（Einstein）亲自领导的广义相对论讨论班，并从事相对论引力论和宇宙论的研究。

1937年，他假满回国。不久，抗日战争爆发。7月底，平津沦陷。8月，侵华日军开进了清华园。周培源受校长梅贻琦之托，安排学校南迁，曾先后任长沙临时大学和昆明国立西南联合大学物理系教授。在这期间，他抱著科学家应为反战服务，以科学拯救祖国危亡的志向，毅然转向流体力学方面的研究。

1943年至1946年，周培源再次利用休假赴美国。他先在加利福尼亚理工学院从事湍流理论研究，随后参加美国国防委员会战时科学研究与发展局海军军工试验站从事鱼雷空投入水的战事科学研究。当时，周培源明确提出：不做美国公民；只担任临时性职务；可以随时离去。

1946年7月，离职去欧洲参加牛顿诞生300周年纪念会和国际科学联合会理事会；他还参加了在法国召开的第六届国际应用力学大会，并被这次大会以及会后新成立的国际理论与应用力学联合会选为理事。同年10月，周培源由欧洲重返美国。

1947年2月，与夫人携三个女儿全家离开美国返回上海。4月回到北平，继续在清华大学担任教授。并相继担任清华大学教务长、校务委员会副主任，1981年因年事已高，周培源主动辞去了校长职务。

1951至1982年间，任中国物理学会理事长，名誉理事长。

1952年，在北京大学领导创办了中国第一个力学专业，即北京大学数学力学系力学专业，还领导建造了北京大学直径2.25米的三元低速风洞。相继任北京大学教授、教务长、副校长、校长、党委副书记。

1955年，当选为中国科学院学部委员，并曾任数理化学部的常务委员。

1957至1986年间，任中国力学学会副理事长，名誉理事长。

1958至1986年间，先后任中国科学技术协会书记处书记、副主席、代主席、主席，名誉主席。

1959年加入中国共产党。

1972年10月6日在《光明日报》上发表一篇5000多字的阐述基础理论的教学和研究的必要性与重要性的文章，同时还给周恩来总理写信，提出加强基础理论研究的三点建议。

1978年3月开始担任中国科学院副院长（至1981年5月）。6月27日，中共中央批准，周培源正式就任北京大学校长。10月7日周培源为团长的中国教育代表团抵达美国西海岸城市旧金山，主要参观、访问了斯坦福大学和加州大学伯克利分校等大学。

1980年周培源处理复杂的派系关系让他不堪重负，身心俱疲，选择了“激流勇退”。

1993年11月24日周培源在北京逝世。

周培源在学术上的成就，主要为物理学基础理论的两个重要方面，即爱因斯坦广义相对论中的引力论和流体力学中的湍流理论的研究，奠定了湍流模式理论的基础。

相对论

在广义相对论方面，周培源一直致力于求解引力场方程的确定解，并应用于宇宙论的研究。早在二三十年代，他就求得了轴对称静态引力场的若干解，与静止场不同类型的严格解，并于1939年证实，在球对称膨胀宇宙中，若物质和辐射处于热平衡态，则宇宙必为弗里德曼宇宙。70年代末，他又把严格的谐和条件作为一个物理条件添加进引力场方程，求得一系列静态解、稳态解及宇宙解。还指导研究生进行了与地面平行和垂直的光速比较实验，以探求史瓦西解和郎曲斯解哪一个更符合静态球对称引力场的客观实际。初步结果已显示出，郎曲斯解与实际相符。80年代，周培源致力于广义相对论的基本问题，即经过坐标变换联系起来的几个解，究竟应该是一个解还是几个解。他对照流体力学中保角变换，认为这种情形应该是几个解而不是一个解。产生这种不确定的原因在于爱因斯坦方程缺少必要的坐标条件。

引力理论

在引力理论方面，他提出了“谐和条件是物理条件”的重要观点，并且提出和指导了中科院高能所李永贵同志等的“地球引力场中光速各向同性检验”实验，在世界上首次获得地球表面水准方向和竖直方向传播速度的相对差值在10-11量级上相同的结果，这一结果有可能使人们对爱因斯坦引力论的认识产生重大影响。

湍流理论

在湍流理论方面，30年代初，周培源认识到湍流场和边界条件关系密切，后来参照广义相对论中把品质作为积分常数的处理方法，求出了雷诺应力等所满足的微分方程，并希望能把边界的影响通过边界条件引入雷诺应力的运算式中。

1940年，周培源写出了第一篇论述湍流的论文，该文在国际上第一次提出湍流脉动方程，并用求剪应力和三元速度关联函数满足动力学方程的方法建立了普通湍流理论，从而奠定了湍流模式理论的基础。

1945年，周培源在美国的《应用数学季刊》上，发表了题为《关于速度关联和湍流涨落方程的解》的重要论文，提出了两种求解湍流运动的方法，立即在国际上引起广泛注意，进而在国际上形成了一个“湍流模式理论”流派，对推动流体力学尤其是湍流理论的研究产生了深远的影响。被公推为以雷诺应力方程为出发点的工程湍流模式理论的奠基性工作。

80年代，周培源将这些结果推广到具有剪切应力的普通湍流运动中去，并引进新的逼近求解方法，以平面湍射流作例子，求得平均运动方程与脉动方程的联立解。经过半个世纪不懈努力，周培源的湍流模式理论体系已相当完整。

周培源培养的博士生有：

出版专著

期刊论文

周培源.ON THE PHYSICAL SIGNIFICANCE OF COORDINATES AND TH[J].中国科学(英文版),1982,(第6期).

周培源.SIMILARITY STRUCTURE OF VORTICITY FLUCTUATION AND[J].中国科学(英文版),1959,(第10期).

周培源.ON THE CONDITION OF PSEUDO-SIMILARITY AND THE THEO[J].中国科学(英文版),1985,(第4期).

周培源.CHAIRMAN MAO'S TEACHINGS ARE NEFFACEABLY ENGRAVED[J].中国科学(英文版),1976,(第6期).

黄永念,周培源.ON THE SOLUTIONS OF NAVIER-STOKES EQUATIONS AND TH[J].中国科学(英文版),1981,(第9期).

周培源,黄永念.ON THE STATISTICAL VORTICITY STRUCTURE THEORY OF HOMOGENEOUS ISOTROPIC TURBULENCE[J].中国科学(英文版),1975,(第2期).

黄超光,周培源.THE RELATIVISTIC COSMOLOGY UNDER THE HARMONIC COND[J].中国科学(英文版),1990,(第9期).

周培源,陈十一.ON THE THEORY OF TURBULENCE FOR INCOMPRESSIBLE FLUIDS[J].中国科学(英文版),1987,(第7期).

黄超光,周培源.THE RELATIVISTIC COSMOLOGY UNDER THE HARMONIC COND[J].中国科学(英文版),1990,(第8期).

周培源,黄超光.THE RED SHIFT IN THE DE SITTER UNIVERSE[J].中国科学(英文版),1989,(第10期).

刘宏亚,周培源.EXACT SOLUTIONS OF PLANE GRAVITATIONAL WAVES UNDER[J].中国科学(英文版),1985,(第6期).

王晓宏,黄永念,周培源.Statistical Theory of Homogeneous Isotropic Turbul[J].中国科学(英文版),1994,(第2期).

周培源从事高等教育工作60多年，培养了几代力学家和物理学家，有王竹溪、彭桓武、林家翘、胡甯等。周培源在教育和科学研究中，一贯重视基础理论，同时关怀和支持新技术的研究。在组织领导中国的学术界活动、推进国内外交流合作方面作出了重要贡献。

1987年他将其父亲在家乡遗留下来的600多平方米的住宅捐献给家乡人民作为科普文化活动站。

1989年周培源及夫人王蒂澂把收藏多年的145幅珍贵古代书画捐赠给无锡市博物馆。周培源夫妇将政府颁发奖金的大部分，分别捐赠给他们所在的工作单位北京大学和清华大学附属中学作为科学基金与奖学金；又于1990年5月将这笔奖金的一万元人民币捐赠给中国振华基金会作为奖学金，用于资助鼓励社会上科技、教育事业的发展。周培源夫妇还分别向他们的母校上海市实验小学和吉林省扶余县扶余镇实验小学各捐赠一万元作为奖学金。

他在北京大学，大力支持并亲自组织领导研制成功了华光型电脑镭射汉字编辑排版系统，引发了中国印刷术的重大革新。

周培源关心国家的社会主义建设事业。50年代国家考虑建设长江三峡水利枢纽工程时，他曾两次到武汉参加三峡工程会议，并同会议全体人员前往三斗坪考察预选的大坝坝址，当时周培源是支援较快建设三峡工程的。

80年代以来，在阅读了全国政协调查闭关于三峡工程的报告和许多其他有关材料后，周培源认为三峡工程不仅仅牵涉到工程技术问题，还牵涉到经济、生态、社会、淹没区的矿藏甚至军事、人防等许多问题，而且建设周期需要20年，耗资将以千亿计。国家要在建设这项工程，必将延缓许多其他急需上马的建设专案，且此工程尚有不少重大问题有待研究论证。因此周培源建议要在综合国力明显允许的条件下，在十分严肃认真的科学研究的基础上，方可考虑三峡工程的施工问题。根据国家科学决策的需要，时已86岁的周培源，于1988年9月接受全国政协的委托，率领182位政协委员奔赴湖北和四川有关地区视察。视察团回京后，周培源以他个人的名义给中央写了报告，据实提出了建议。

1954年9月至1959年4月，中华人民共和国第一届全国人民代表大会，江苏省代表。

1959年4月至1964年12月，中华人民共和国第二届全国人民代表大会，江苏省代表。

1964年12月至1975年1月，中华人民共和国第三届全国人民代表大会，江苏省代表。

1975年1月至1978年2月，中华人民共和国第四届全国人民代表大会，

1978年2月至1983年6月，中华人民共和国第五届全国人民代表大会，北京市代表。

1978年3月至1983年6月，第五届全国人民代表大会常务委员会，委员。

1959年4月至1965年1月，中国人民政治协商会议第三届全国委员会，常务委员。

1965年1月至1978年3月，中国人民政治协商会议第四届全国委员会，常务委员。

1978年3月至1983年6月，中国人民政治协商会议第五届全国委员会，九三学社委员，1979年7月2日第二次会议，增选为副主席。

1983年6月至1988年4月，中国人民政治协商会议第六届全国委员会，九三学社委员，副主席。

1988年4月至1993年3月，中国人民政治协商会议第七届全国委员会，九三学社委员，副主席。

1958年12月至1979年10月，九三学社第五届中央委员会，副主席、常务委员、委员。

1979年10月至1983年12月，九三学社第六届中央委员会，副主席、常务委员、委员。

1983年12月至1988年12月，九三学社第七届中央委员会，副主席、主席。在九三学社七届三中全会上，会议接受许德珩辞去主席职务的请求，一致推举周培源为九三学社中央委员会主席。

1988年12月至1992年12月，九三学社第八届中央委员会，主席、常务委员、委员。

1992年12月，担任九三学社第九届中央委员会，名誉主席。

中国人民外交学会副会长，中国波兰友好协会会长，中国人民争取和平与裁军协会会长。

国际理论与应用力学联合会最早的委员之一，亚洲流体力学大会的发起人之一，以反对核战争和核武器为目的PUGWASH（帕格沃什）科学与世界事务会议的理事。

1930年某个星期日，周培源到一同学家中作客，无意中发现一张女子照片，他原以为是这位同学的妻子刘孝锦，其实照片的主人叫王蒂澂，是刘孝锦的同学，北平女子师范大学的学生。周、王两人相识两年后，于1932年6月18日在北平的欧美同学会举行了婚礼，清华大学校长梅贻琦亲自主持了婚礼。

周培源的大女儿如枚、二女儿如雁相继问世，王蒂澂因身体虚弱而得了严重的肺病。周培源把夫人送至香山眼镜湖边的疗养院疗养了一年。他自己则挑起了既为人父又为人母的双重责任。在女儿看来，父母虽然性格不同，却恩爱一生，“人家一辈子没红过脸”，母亲1989年瘫痪之前，两人每年都要踏青、游玩。

周先生早生华发，50岁上右耳失聪，所以说话总“大声嚷嚷”，“自己听不见也怕别人听不见”。89岁时，他的相对论引力论研究有重大进展，一兴奋，心梗住院。91岁时他又招收了博士研究生，想在研究领域有新的突破。

“文化大革命”期间，“中央文革小组”组长陈伯达为了抢夺“科学革命的旗手”，提出要组织批判爱因斯坦的相对论，要周培源参加批判并要召开万人大会。周培源明确指出：“爱因斯坦的狭义相对论批不倒，爱因斯坦的广义相对论在学术上有争论”。

所获奖项

1980年和1985年，曾两次获美国加利福尼亚理工学院“具有卓越贡献的校友”奖。

1982年获中华人民共和国国家自然科学奖。

荣誉称号

作为杰出的社会活动家，周培源积极开展国际科技交流，争取裁军和世界和平。

1980年，美国普林斯顿高等学术研究院授予他名誉法学博士学位。

周培源为人正直无私，刚直不阿，作风正派，从不阿谀奉承，投机取巧。

周培源先生一生向往光明进步，追求真理，以国家独立、民族振兴、社会进步、人民幸福为己任，把毕生精力献给了祖国和人民，献给了民主科学事业（王志珍评）。

他是一个有锋芒的人，有人沉默、有人顺从、有人阿谀时，他能像大河奔突着向前（武际可评）。他是一个豁达而公正的人，一位杰出的科学家和教育家，亦有高度的行政才能（陈省身评）。由衷钦敬他那一贯的为探求真理献身、不计荣辱、不畏物议，坚持实事求是的科学精神（王淦昌评）。中国科学、教育界最受尊敬的领导者之一（周光召评）。自己从事物理学习的好老师（钱三强评）。

2012年9月3日，九三学社中央与中国科协在全国政协礼堂联合举行纪念周培源诞辰110周年座谈会。

2012年8月28日，周培源诞辰110周年纪念活动在培源故里、宜兴芳桥镇举行。