由于“乒乓外交”政策的启动，她终于在与祖国相隔37年后，踏进了祖国的大门。从此，她才有了报效祖国的机会。她把平时节俭下来的钱，捐给了明德学校，生命弥留之际，还想着祖国的科学教育。
1．斩不断的中国情愫
1936年，吴健雄在上海的黄浦江畔与家人、与祖国作挥手相别时，这一厢的亲人在盼望她早日学成回国，用科学拯救中国于危难之中；那一厢的她，于内忧外患之时赴洋求学，内心也渴望着多学本领，尽早回家与亲人团聚，在自己的祖国一展宏图。两厢人都无人知晓，此一别是漫长的37年等待。
初去美国，吴健雄尽管学习紧张，然而总能抽空给大洋彼岸的亲人写信，尽言所见所闻、自己的学习状况与感想，思乡愁绪亦透过纸背。
第二年，七七事变，中国沦于战火之中，乡音隔断，更加重了吴健雄对亲人的担心，对祖国的忧虑。来自家乡的每个消息，都令她倍加关心，她还曾通过朋友，托人给祖国的亲人寄邮件，也寄去她的关爱和牵挂，因邮航不通，未能如愿。
1940年，吴健雄在伯克利获得了博士学位后，原定计划是立刻回国的，但是国内战火纷飞，阻隔了回家的路。她焦灼地等待着，巴望着战争早日结束，思乡之苦也更加折磨着她。
婚后，战争仍未结束，尚有越打越烈之势。吴健雄回家之心更加迫切，也更加怀念祖国的亲人们。
在这种迫切的心情下，当哥伦比亚大学把她召了去，征询她是否愿意参与“曼哈顿计划”时，吴健雄便痛快地答应了。由于美国也和日本作战，战争的格局发生了变化，当时的吴健雄的动机是，尽快帮助美国试制出原子弹，吓唬吓唬日本军国主义，让日本军队从中国撤出去，好使战火早一点平息，对祖国的关心，对祖国的爱，已深深地嵌入在吴健雄的头脑中。
战争也断了家乡为她提供旗袍的机会。吴健雄对旗袍情有独钟，不仅是审美的一种选择，更是乡思的一种寄托。在与家乡隔断消息的情况下，吴健雄于紧张的工作学习中，学会了自剪自制旗袍，穿着旗袍她参加了多种实验，尤其在重大场合，在领奖台上，她都是穿着旗袍，表示对自己祖国的尊重。穿着旗袍，她还和丈夫、儿子一起乘船横渡大西洋到欧洲访问，让欧洲人目睹了中国女性的风采。
第二次世界大战结束后，吴健雄和许多中国人一样，是那样激动和高兴，中国终于不再受侵略者的奴役了，自己也可以回国了。可是来自国内的消息是，大有爆发内战的可能！起初吴健雄与袁家骝不大相信，后来家人的来信证实了那些消息。家人劝阻他们先不要回国，说国内局势不稳。他们又得苦苦地等待。
尽管全中国人民都反对内战，呼吁和平，然而，中国的内战还是爆发了，令吴健雄和许多海外留学生痛心疾首。
新中国成立后，美国敌视社会主义国家，尤其是麦卡锡主义的盛行期，中美关系异常紧张。麦卡锡是当时的美国参议员，此人思想偏激，对共产党的一切都仇视，20世纪50年代，在美国高级政府机构中随意指控他人为共产党，或是给共产党做事，进行打击，制造恐怖气氛。那一时期，被人称为美国的“文革”。当时的美国国务院执行外交政策的成员，很少有人能躲过此厄运，研究“中国问题”的专家们，更是被一网打尽。从此，美国彻底断了与中国的往来，断了了解中国的路径。
那一时期，美国国务院还专门成立了一个所谓的“忠贞调查局”，有322万美国公务员受到“忠贞”调查，3000多名官员被迫离职，麦卡锡主义，像一条响尾蛇，在美国的政府机构中肆意游弋，搞得“当权派”们人人自危。
美国理论物理学家，第二次世界大战担任制造第一批原子弹的“曼哈顿计划”的科学工作负责人奥本海默，在麦卡锡主义时期，就受过军事情报机关的指控，说他过去曾与共产党人合作，庇护苏联间谍等。
奥本海默是为美国的“曼哈顿计划”立过汗马功劳的人，在物理学界威望亦很高。由于他卓越的表现，在1947年至1952年间，担任了原子能委员会的总顾问委员会主席。由于广岛和长崎两颗原子弹对许多无辜日本人民的毁灭，原子武器在许多科学家心中都留下了一片阴影，许多科学家都表示了慎重使用核武器的鲜明态度。鉴于原子弹的杀伤力，在战争已经结束的情况下，作为战胜国的美国提出试制氢弹的时候，奥本海默所担任主席的这个顾问委员会，于1949年，直接提出了反对意见。也许是这个反对意见，导致了奥本海默受人指控。其中指控的罪状，还有一条是：反对制造氢弹。似乎反对制造氢弹，即有与共产党国家勾结之嫌。
后来，美国政府对他进行了审查，结论是奥本海默没有叛国罪，可又判定他不应该接触军事机密。此判定令人啼笑皆非，一个研究核物理的科学家，担任“曼哈顿计划”科学工作的负责人，怎能远离军事机密？“曼哈顿计划”即为当时的最大军事机密！
美国的科学家联合会闻知奥本海默受审一事后，立即作出反应，向政府提出抗议，但仍无济于事。指控的罪名虽然不能成立，可是奥本海默却由此被解除了原子能委员会总顾问委员会主席的职务。
过了10年，20世纪60年代的某一天，美国总统约翰逊把原子能委员会的费米奖授给了奥本海默，总统先生想以这种方式为科学家奥本海默恢复名誉，可是，这个举动还是太迟了些。因为奥本海默已经59岁了，作为科学家的大好光阴已剩下不多，也许是政治的打击让他饱尝了精神的创伤，1967年，也就是他退休的第二年，奥本海默因患喉癌而与世长辞了。
可以说，奥本海默是那场激烈的政治斗争的牺牲品。其实早在1954年，麦卡锡因犯了众怒，已被免去调查委员会主席的职务，参议院还对他进行了正式的谴责。可是，麦卡锡主义的余音尚在，导致了多少人的人生悲剧！
具有美国本土血统的官员和科学家的命运尚且如此，已经成为共产党执政的中国的科学家又能怎样呢？美国绝对不允许在美的中国科学家回国，甚至认为，放走一个科学家回中国，比一个共产党军队对他们的威胁都要大。何况吴健雄参加过“曼哈顿计划”？
所以，尽管吴健雄和袁家骝时刻挂念着祖国和亲人，尽管他们归心似箭，在那种政治气候下，他们也只好作罢，又一次放弃了回国的念头。
1954年，迫于无奈，也是为了工作方便，吴健雄和丈夫加入了美国籍。加入美国籍，他们内心是多么的不甘心！
1956年，吴健雄成功地实验了“宇称不守恒”，内心非常喜悦，首先想到的是让国内的亲人来分享她的快乐。1958年，她把美国科学基金会颁发的“科学研究基金会奖”的获奖证书寄给了时刻关心她的事业的叔叔，并在上面题词：“叔父大人留念。”表现出一个海外游子对祖国及亲人的深切怀念。
吴健雄的书架上收藏有许多中国古书及一些中国传统工艺的瓷瓶，她家的客厅里，还悬挂着中国字画。走进她的家，透过屋内的陈设，让人感到这是一个地地道道的中国人的家。出国几十年，吴健雄的精神世界，依然是中国文化，她是中国传统文化熏陶下的知识分子，叫她如何不思念祖国？
1964年，与吴健雄同在美国的华裔科学家杨振宁博士在香港得以与父母弟妹团聚，听到这一消息，吴健雄的眼睛为之一亮，她感到自己与亲人相聚的日子也为期不远了。
吴健雄在焦急中等待着，也积极地寻觅机会。1965年，台湾方面约请吴健雄前去台湾领取嘉新文化基金会科学成就奖，吴健雄认为这是一个难得的机会，必须紧紧地把握住。也是吴健雄心切，抓紧时间给叔叔和弟弟（吴健雄的父母及哥哥早已不在人世）去信，告知他们：她有意想在香港与他们相见。叔叔吴琢之和弟弟吴健豪当然想见到离家近30年的海外亲人，所以接到信后，便立即在国内通过统战部等部门，办妥了离境赴港的手续。那个年代，要办这种手续是有很大难度的。
1965年的夏天，对吴健雄来说，是个终生难忘的季节。在香港，夏天异常闷热，吴健雄却丝毫不觉得。她、袁家骝与叔叔和弟弟在香港九龙饭店终于团聚了。叔叔总也忘不了上海黄浦江畔挥手道别的青春年少的侄女，对眼前年过半百的吴健雄却不敢相认，吴健雄脑海里的叔叔总是高高大大，强健有力，面对着这位耄耋老人，不禁泪眼模糊，欷歔不已。面前的弟弟也早已没有了原模样，现出了老态。相见之时，有道不完的话语，说不尽的情。短暂的团聚很快就结束了，大家的话似乎还没有说完。
那以后，吴健雄又盼着下一次的相聚。孰料，第二年，即1966年，中国便发生了那场“文化大革命”，再相聚成为泡影。不仅如此，更让吴健雄痛心的是，弟弟健豪在那场运动中受到迫害致死，叔父也因病撒手人寰。香港一聚，竟成了生死永诀。
然而，即使叔叔、弟弟之死，也未断了吴健雄的中国情，她还在心底企盼着中国早日腾飞，跻身于世界强国之林。
2．探望祖国
历史进入了20世纪70年代以后，中美长期的僵局开始有所缓和，这一切来自于周恩来总理的以小球带动大球的外交政策，此政策成功地促成了美国总统尼克松前来中国访问。由于国家间高层次人物的接触，两国间的其他政策也随之松动。美国的一些学者和科学家陆陆续续到中国访问，给了吴健雄和袁家骝莫大的鼓舞，他们遂动念头要回祖国看看。
1973年金秋时节，吴健雄和袁家骝在与祖国阔别37年后，终于踏上了回国之路。37年的等待，已熬白了鬓发，吴健雄和袁家骝自有许多感慨，这次回国，他们逗留了近两个月的时间，不仅去了吴健雄的家乡浏河，探望了袁家骝小时候长期居住之处河南安阳，而且还去了许多城市及旅游胜地。他们抓紧时间，尽量去更多的地方，领略祖国山川的自然风貌，体察各地的科学发展情况。那时候，中国的“文化大革命”尚未结束，他们夫妇所到之处，随时都能感受到那种独有的气氛。
这次回国，使他们难以忘怀的是，在北京人民大会堂与周恩来总理的会面。周恩来思维敏捷，做事细致、开明。早在中华人民共和国建国初期，周恩来便在不利于中国的国际环境中，以其外交家的风范和气度及他的学识和睿智而饮誉海内外，他的人格力量团结了一批又一批支持中国的朋友，也使敌对国家对他不得不佩服。他的“乒乓外交”政策，更是一成功举措，使尼克松从大洋彼岸向中南海的毛泽东伸出了手。
吴健雄与袁家骝对周恩来的耳闻甚多，知道周恩来很善于团结知识分子和文化、科技工作者，因此，对他颇有好感。见到周恩来，吴健雄快步上前，二人将手紧紧地握在了一起。吴健雄出生于江苏省的太仓县，周恩来的祖籍是江苏省的淮安县，同是江苏老乡，也多了一层亲切。因此，会谈的气氛，自始至终都非常融洽。此次见面，周恩来总理的不凡谈吐，诚恳、大度，为他俩留下了深刻的印象，也得到了他们的极力推崇和尊敬。
那天，他们谈得很久，也谈得很深。周恩来表示出对科技和知识分子的相当重视和尊重，双方都希望中国能够振兴科技。吴健雄对科学研究和科学的教育有自己的一套看法，认为它们是相辅相成的一对，而不应隔离开来。周恩来对她的许多看法表示赞同，并希望他们夫妇二人多为祖国的振兴、多为祖国科教事业做些贡献，也希望他们有空经常回娘家看看。
会谈结束后，彼此似还有许多话没说完，双方一起步出迎宾厅，边走边聊。吴健雄和袁家骝侧着脑袋，双眼紧盯着周恩来，仔细倾听着周总理的每一句话。
首次回国探望，非常成功。吴健雄和袁家骝也很高兴，回到美国后，吴健雄利用她的物理学会会长的身份，促成了中美物理科学的交流。比较明显的一个例子，就是1975年，当时的中国科学院院长卢嘉锡率团成功地访问了美国。