被誉为“空气动力学之父”的路德维希·普朗特也在这里执掌教鞭，冯·卡门来到哥廷根后，就投师于他的门下。
普朗特不愧为大师级的教授，他主张从复杂的扑朔迷离的问题中，寻找出最基本的物理过程，然后再运用简化了的数学方法加以分析，从而把理论与设计结合起来。
在普朗特的精心指导下，卡门利用学校里良好的实验条件，对一系列机械工程问题，特别是非弹性杆弯曲现象进行了系统的研究。
1908年，冯·卡门顺利通过了博士论文答辩，并获得了博士学位，然后，他就赴巴黎学习考察。
一个星期天，冯·卡门和几个朋友一起，到巴黎郊外去秋游，正好遇上了来自美国的莱特兄弟，正在进行飞机滑翔表演，尽管飞机的飞行距离不足两公里，但这次飞行，给冯·卡门留下了终生难忘的印象，并促使他从此献身于人类的航空航天事业。
那一天回去以后，冯·卡门激动得彻夜未眠，他为人类终于飞上了天空而感到激动，同时，他又想自己应该如何为这一壮丽的事业添上绚丽的一笔。
第二大，他就收到了导师普朗特从哥廷根寄来的邀请函。当时，普朗特正在筹建人类航空史上第一个风洞，并且正在设计“齐柏林号”飞艇。普朗特盛情邀请冯·卡门回去做他的助手，冯·卡门觉得这是一个千载难逢的好机会，便愉快地踏上了归途。
冯·卡门从此开始了他作为航空科学家的生涯，1911年到1912年间，普朗特止在研究边界层分离现象。他让自己的一位弟子设计了一个小水槽，用以观察流体流经圆柱体后产生的分离现象。
但是，在好几次的实验中，都出乎意料地发现水槽里的水流不断发生摆动。普朗特起初没有觉得有什么不对劲，他只是认为水槽做得不够对称。
然而，无论怎么样调整实验装置，还是没有办法消除这种摆动的现象。
冯·卡门看到这种情况后，把它当作一回事来看待，他经过长期的观察研究后，终于判明，流体在圆柱后面形成两排交叉的涡旋，而且这种涡旋是稳定的。
冯·卡门把这种现象上升到了理论高度，并对此进行了数学分析，完成了两篇出色的论文，这一发现成为流体力学中一次重大发现。
由于流体在经过障碍物的时候，在它后面留下两排交叉的涡旋，而这两排交叉的涡旋又好像是大街两旁的两排街灯，于是，后世便把这一现象叫做“卡门涡街”。
风吹高压输电线所发出的嗡嗡的声响，潜水艇潜望镜对水流产生的激烈振动，飞行体受到空气阻力等自然现象，都是由于“卡门涡街”的结果。
冯·卡门后来应聘前往亚琛任教，这时他已经成为世界上流体力学方面的理论权威。不久，在一位数学大师的极力举荐下，卡门来到亚琛工学院，担任了空气动力研究所的所长，并主持召开了三次国际应用力学会议。
一次世界大战后，他曾经在匈牙利国家教育部任职。1912～1929年，卡门担任了亚探航空学院院长。
冯·卡门把自己的一生都献给了科学事业，未曾婚娶，他的住房也就成了科学家们聚会的地方。
这一时期，经过卡门和他的老师普朗特的精心研究，至今依旧困惑着人类的“湍流”问题，终于获得了重大的进展。
他们第一次提出了“湍流”概念，把气体分子运动论的观点移用在这个问题上，并初步阐明了它的理论基础。冯·卡门还在1926年召开的一次国际性学术会议上，作了题为《湍流中的力学相似》的报告，获得了极大的成功。
卡门和普朗特的这一成果，直到今天，仍然是工程湍流计算中的重要依据，成为流体力学的经典理论。
1926年，冯·卡门应美国加州理工学院的邀请，前往美国西海岸的海滨城市帕萨迪纳，就任该院的航空研究生院实验室主任。
从1930年到1942年，卡门所领导的加州理工学院航空实验室，成为国际流体力学研究中心。卡门在流体力学、湍流理论、超音速飞行、工程数学、飞机结构等方面，都作出了卓越的贡献，为航空技术奠定了扎实的科学基础。
1936年，卡门和他的学生们一起，对火箭推进技术这一课题进行了深入的研究。
为了研究用火箭来尽可能地提高和扩大飞机的性能，尤其是如何更有效地缩短从地面或航空母舰上起飞的距离，卡门和他的学生马利纳一起研制出飞机起飞助推火箭的样机。
1935年，卡门前往罗马，参加国际高声飞行会议，和全世界许多著名的空气动力学家一道，探讨超音速飞行的可能性。
卡门很清楚地看到了超高速飞行的重大意义，以及对美国空军的重大意义。回到美国以后，他便向美国政府建议，立即建造大型风洞，加快向高速飞行迈进的步伐。当时的美国政府没有采纳卡门的这一建议。
与此同时，德国和意大利先后建立了高速大型风洞，并投入大量资金和人力，全力发展涡轮喷气技术，并成功地制造出了喷气式飞机，这对美国空军构成了重大的威胁。
在这种状况下，美国政府才勉强同意建造四万马力大风洞和美国最大的工业风洞。后来的事实证明，卡门的这一建议对于美国空军的建设起了多么大的作用。
不朽的功绩
1941年，卡门与当时中国年轻的力学家钱学森一起，解决了圆柱薄壳结构在轴向压力作用下的大挠度失稳问题，从而成功地解释了从前理论计算与实验结果的差异性。
从1941～1944年间，冯·卡门在火箭技术领域取得了一系列辉煌的成果，如固体和液体起飞助推火箭，火箭发动机飞机，自然点火液体推进剂等等。
1944年6月，在第二次世界大战接近尾声的时候，冯·卡门参与制定了美国今后20年至50年的空军发展计划，并领衔组织了一个由36位专家组成的科学顾问团，这个顾问团其实完全是一个具有卓越才华和超凡胆识的智力团，他们为保证美国空中优势，详细制定了有关的科技规划。
当二次大战快要结束的时候，美国政府又派冯·卡门来到还弥漫着战争硝烟的德国，帮助美国军方尽快地把德国的先进军事科学技术成果和技术专家接收过来。
卡门一行乘坐专机来到了隐藏在一片密林深处的德国空军秘密研究所，审讯了近千名科技人员，分析了300多万份的秘密研究报告。
接着，卡门一行又去审讯了德国V—2火箭基地的共400名逃往慕尼黑的科技人员。
德国法西斯的所有航空工程专家和技术人员，几乎完全被冯·卡门网罗在一起，这笔比什么都宝贵得多的人才资源，成为美国的航空航天技术始终领先于世界的一个非常重要的因素。
1945年12月，卡门经过一年时间的调查和准备，向美国政府提交了一份报告。这份报告分析了科学组织对大型武器所起的决定性作用，还探讨了超声速飞机和火箭的一些技术问题。该报告对美国政府的决策，产生了深刻的影响。
1947年，美国成立了超音速无人驾驶飞机发展中心。
1948年，建立了阿诺德工程公司，同时，智力型机构“兰德公司”也宣告成立。
1957年，美国政府宣布成立国家原子能委员会。
到了1957年，冯·卡门的许多计划和梦想都已经变成了光辉的现实。
这时候，火箭、导弹已经大量生产，超音速飞机的速度也已超过1200公里/小时，并已横越大洋，人造卫星也即将飞向九天之外。
二次世界大战结束之后，冯·卡门把自己的全部心血都投入到发展国际航空事业里去了。
1949年4月，卡门利用新成立的北约组织，设立了一个国际科学合作的试验工作。
接着，又成立了发展国际航空研究的咨询小组，并且在比利时筹建了气动力学训练中心，后来又被命名为“冯·卡门中心”。
50年代，卡门主持召开了两次国际航空会议，并创建了国际宇航科学协会，成立了国际宇航科学院，有力地推动了人类宇航事业的快速发展。
冯·卡门还对中国的航空航天事业作出了不可磨灭的贡献。
1929年，他来到了正处于风雨飘摇中的中国，当时中国正是血雨腥风，民不聊生的时期，卡门觉得要想摆脱落后的面貌，就必须大力发展航天事业，而发展航天事业，首先得培养出大量的人才来，于是，他建议在当时的清华大学开设航空课程。