毛主席每次见到他，总是亲切地称他为“本家”。他第一次见到周总理，就和总理建立起相互信任的关系；周总理对他委以重任，他有什么建议提出，总能得到周总理的重视。
1．“是科学家，非常欢迎！”
1949年8月底，茅以升接到华东局统战部的通知，全国政协筹委会已经商定，推举他为科学家代表，到北京出席政协会议。9月2日，华东局统战部在上海为即将赴北京开会的政协代表举行欢送会。9月8日，茅以升踏上了开往北京的列车。
政协会议开幕前夕，毛主席接见了科技界的政协代表，当主持人向毛主席介绍茅以升时，毛主席诙谐地说：“呵！我们是本家嘛。”使茅以升感到很亲切。
9月13日，周恩来总理举行欢迎政协代表的招待会，茅以升应邀参加。他刚走进招待会大厅，周总理就迎上来，一面和他握手，一面说：“是科学家，非常欢迎！”入席后，周总理又与他进行了亲切的交谈，话虽不多，但从上海的解放到旧中国的交通情况，都谈到了。
茅以升后来回忆道：“我第一次见到周总理，就好像他是我的一个久别的知己，感到无比亲切。”
从此，他和周总理之间建立了相互信任的关系。周总理对他委以工程技术的重任；他有什么建议向周总理提出，总能得到总理的重视。
1949年10月1日，茅以升和其他政协代表，同毛泽东主席、刘少奇副主席、周恩来总理、朱德总司令一起登上天安门城楼，参加中华人民共和国开国大典。听到毛主席用激昂的声音向全世界宣告：中华人民共和国中央人民政府在今天成立了！他的心情无比激动。
新中国成立前夕，新政权的铁道部将唐山工学院与北京铁路管理学院合并，命名为“中国交通大学”，后改名为“北方交通大学”，交大师生一致要求茅以升来任校长，中央政府就临时委派他任中国交通大学校长。
1950年5月20日，茅以升主持召开了中国交大第一次校务会议，围绕交大的培养目标展开讨论。茅以升在会上提出，交大要遵照铁道部的指示，培养为社会主义服务的高级科技人才。在校学生要有劳动观点，要有“五四”革命精神，要理论联系实际，成为铁路科技队伍的后备力量。
9月6日，政务院作出决定，正式任命茅以升为北方交通大学校长，兼任铁道研究所所长。
1951年2月6日，中央人民政府举办春节团拜会，茅以升和其他几位大学校长应邀参加。周恩来总理向毛泽东主席介绍说：“这位是北方交通大学校长茅以升先生。”
“我们早已认识了。”毛主席回答总理，然后又对茅以升说，“咱们是本家嘛！”
“我带来了交大师生的一个请求，”茅以升在团拜会期间向毛主席提出，“请毛主席为我们题写校名。”
“我的字写得不好。”毛主席笑着说，“我给清华大学题的字，有个同学来信说，你写的算个啥，有一个字我就不认识。山东一位老先生给我一封信，说我有一篇文章中一个字用得不恰当———哈哈，一字之师嘛！”
毛主席说到这里，话锋一转，说：“如果你不嫌我的字难看，那我就答应下来，过几天给你送去。”
果然没过几天，铁道部转来毛主席题写在中央军委信笺上的两行“北方交通大学”，让从中选一行。毛主席在一行字旁边画了小圈圈，显然他认为那一行较好。大家仔细欣赏，比较，也认为画圈的那一行更好，于是就用那一行字制成了校牌和校徽。
直到现在，北方交通大学的校牌，还是当年毛主席的亲笔题字。
2．再倡教育改革
茅以升自留学回国后，大半时间从事工程教育，深知中国各工科大学照搬欧美的工程教育制度的弊端，早就呼吁改革，而响应者寥寥。随着新中国的建立，他认为建立一种全新的教育制度的时代来临了。
上海解放还不到一个月，他就撰写了一篇专论———
《教育的解放》，投寄给上海《大公报》，他在文章中说：“我国的教育，虽经50年改良，仍是为教育而教育，既保留了封建的灵魂，又承袭了欧美的躯壳，因此，完全与我国社会脱节，只能造成特殊阶层。现在，我们既已在政治上得到了翻身和解放，便应对教育工作进行彻底的检讨和大胆的改革，来谋人民教育的新生。”
中国共产党请他到北京来参与讨论国家大事，并委以北方交通大学校长的重任，使他感言难尽，更激起了他呼吁教育改革的热情。
1950年4月29日，他在《光明日报》上发表了题为《习而学的工程教育》的专论，进一步分析了旧教育制度造成理论与实际脱节；通才与专才脱节；科学与生产脱节；片面追求理论教育的质，而严重忽视培养人才的量等弊端。
他认为造成这些缺点的原因是过分强调“知而后行”，“学以致用”，从而形成“学而时习之”的传统教育。
这种教育思想违背了人的认识规律。人对客观事物的认识是一个由感性认识上升到理性认识的过程，根据这个过程，学习的原则应该是先易后难，循序渐进。而过去的大学工程教育却正好相反。大学一年级先学微积分和物理学等高度抽象的基本理论课程，而把接触实际的实习课放在高年级。学习成了先难后易。
针对以上情况，茅以升呼吁将过去的教育制度和教学方法彻底改革，提出“习而学”的教育顺序。它的原则是让学生先知其然，后知其所以然。新生入校后，先到工厂、工地实习，了解各专业生产的实际情况，暂不必了解其理论基础。然后再学习专业理论和基础理论，用这些理论来贯通在实习中得到的知识，明白这些知识的道理。这样先习后学，边习边学，既可培养出大量的擅长某种实际工作的一般人才，又可培养出一批既精通理论又擅长实践的高级人才。
这种新的工程教育，任何一个年级都可以毕业就业，不一定等到四年或五年才算毕业。一年级的毕业生可以在施工现场为工长，二年级的毕业生可以为设计技术员，读完全部学制的可以做研究工作或做教授。
这种新的工程教育，既可以满足不同层次的人才需要，又可满足不同知识程度的人的学习需要。一个人已经工作了若干年后，感到有深造的必要，就可以根据自己的知识程度，进入大学不同年级继续学习，因此，大学的任何一个年级都可以招收新生。
茅以升的文章发表后，在科技界和教育界引起了反响，著名科学家马大猷、钱伟长等人也发表文章，赞成茅以升的基本思想，并提出了自己的具体意见。茅以升于6月4日在《光明日报》上发表题为《工程教育的方针与方法》一文，对自己的教育改革思想作进一步的解释，1951年9月，他又在《自然科学》杂志上发表题为《工程教育中的学习问题》的文章，对自己的教育改革思想予以重申和补充。
他怀抱着非常真切的希望，要在新的时代里闯出一条教育体制改革的新路，但是，他提出的变革牵涉面太大，任务太艰巨，要准备新的教材、新的师资、新的入学和毕业考核办法，要完成这一切，没有一个庞大的班子是不行的。当时的教育主管部门也不敢贸然接受他的意见。
1952年5月，茅以升卸下了北方交通大学校长职务，专任铁道技术研究所所长。他虽离开了教育界，却仍然一如既往地热心教育改革事业。
他的教育改革设想在正规大学里难以推行，于是就转而把希望寄托在建国后得到了很大发展的业余教育领域。
当时的业余教育，是把普通专业学校的教学计划、授课程序，以至于教科书，都成套地照搬过来，完全忽视了职工学员和脱产学生的区别，使教学效果受到严重影响，在职学员往往把业余教育当做“远水救不了近火”，学习很难坚持到底。
针对这种情况，他提出，他的“习而学”的教育改革设想，应首先在业余教育领域内推行。1957年2月12日，他在《光明日报》发表《业余教育要能利用业余的优越性》的专论，提倡在业余教育中，充分利用职工学员的生产知识和技术经验，从他们的现有基础出发，进行科学理论教育，使职工学员喜闻乐见，易于接受。
对于他的这些意见，有人赞赏而无人试行，但他并不气馁，而是从科学知识系统的特征和规律中为自己的改革思想寻找更坚实的理论依据。
他看到，如何使大学生将科学与生产结合起来，如何在业余教育的理论学习中，利用学员的生产知识和技术经验，这里有一共同问题，即如何教授科学的基本理论。为解决这一问题，他将科学知识分为两种，一种是指数学、物理、化学等各个学科，他称之为“专门科学”。稍后又改称为“学科科学”；另一种是关于各个专业生产领域里的技术和物质现象的理论，这些理论都是若干学科理论的综合，他称之为“专业科学”。“专业科学”的理论，是与专业生产相结合的，用这种理论来进行大学教育与业余教育，就能够解决他在1950年指出的几个“脱节”问题。
1961年3月6日、7日，《光明日报》发表了他的《试论专业科学与专门科学》一文。后来他又继续发文予以充分论述。
1962年5月，他又将自己的教育思想加以系统整理，写成了《建设一个为社会主义服务的教育制度》的手稿，主张形成一个人人生产、天天学习、处处研究、学用一致的社会。
“上述教育制度的一个主要精神是，‘学到老’，每个人都不以得到‘学士’学位为满足，”他在文章中写道，“这样，经过一定时期，比如三五十年，我国就有可能普及高等教育，以至最后达到消灭体力劳动与脑力劳动的差别。”
1963年7月，在全国人大常委会的一个小组会上，茅以升作了“建设一个为社会主义服务的教育制度”的专题发言。周恩来总理审阅了他的发言记录，评价很高。
根据周总理的指示，人大常委会当即把文稿铅印出来，分发了300份。但是，有关部门对茅以升的意见仍然怀疑，害怕打乱了已有的教育秩序，研究之后就没有了下文。
3．铁道科学院30年
茅以升是新中国铁道科学研究的创始人。1950年，他兼任铁道技术研究所所长，1952年，他专任该研究所所长；1956年，铁道技术研究所改称铁道科学研究院，他改任院长。此后一直到1980年离任，他主持这个研究机构达30年之久，为新中国铁道科学研究的奠基和发展做出了巨大贡献。
在运输部门开展科学研究，学习的是苏联的经验，在中国是新鲜事物。铁道科学研究机构与各铁路局、工厂、工程局、设计院等单位，如何相互配合好，使铁道科研适应铁道建设和运输的需要，更好地为铁路建设和运输服务，以前没有先例，需要借鉴外国经验，摸索前进。
铁道科学院是铁道部门的研究中心，而铁道科学是一门内容极其复杂，理论又很高深的综合性“技术科学”，需要一批专门的研究人才和一套特殊的研究手段，还需要有相当规模的研究基地，而在建国之初，我国的铁道科研人才缺乏，科研手段落后，也没有像样的科研基地。
这一切都要由茅以升来主持解决，他深感责任重大。
研究机构是成立了，但怎样建设好、管理好这个机构，研究规划和研究计划怎样制定才符合实际，研究成果怎样才能又快又好地运用到实际中去等问题都摆到了他的面前，诸如此类的行政事务，要花费他大量的时间和心血。他作为著名工程专家和科学家，还是全研究院的科研带头人，要亲自参与或指导具体项目的研究工作。
除此之外，他作为历届政协委员和人大代表，全国科协和北京市科协负责人，土木工程学会理事长，土力学和基础工程学会理事长，还要不断参与讨论国家大事，参加许多社会活动和学术会议。他的生活是何等的紧张，工作是何等的繁忙，但他凭借积极的人生态度、认真负责的精神，敏捷的思维能力和极高的工作效率，每个职务都担当得很出色，尤其是他的本职———铁道科学院院长。
经过一段时间的探索，他提出了科学院的工作方针和任务。方针是：“一切为科研，科研为运输。”任务是：“针对铁路生产建设的技术关键，选定铁路发展中的重大、综合、长远理论方面的问题，引进消化国际先进技术，解决铁路现代化的各种科学技术问题。”
在这一思想指导下，科学院的工作很快走上了正常的轨道，为铁路建设和运输解决了一个又一个的难题，取得了越来越丰硕的研究成果，使科学院在铁道建设中的重要作用逐渐显现出来。
1955年，茅以升亲自选定地址，在北京东郊建成了世界少有的铁道科学大型试验基地，使我国的铁路科研上了—个新的台阶。
他一到科学院，就提出了“生产、教育、科研三位一体”的思想，经常举办各种专业学科的训练班，帮助院内院外的研究人员和技术人员提高业务水平，培养出了一批又一批的铁道建设和研究人才。
1978年，铁道科学院开始招收研究生，并成立了研究生部，茅以升还亲自担任研究生导师。铁道科学院又成了培养中国铁道高级人才的基地。
4．两项伟大工程
20世纪50年代，茅以升参与了我国两项伟大的建设工程———武汉长江大桥和人民大会堂，并在工程建设中发挥了重要作用。
建造武汉长江大桥是他多年的理想，新中国成立前他曾花费了很多时间和精力，完成了一个设计方案，但国民党政府一心打内战，不可能把他的设计变成现实。