正在他为未能参加革命而深感遗憾的时候，孙中山先生来学校视察并发表演讲，为他的人生指明了方向。
1．千里求学
1910年，江南中等商业学堂增设高等预科，改名为“江南高中两等商业学堂”。茅以升升入高等预科学习。第二年夏天，15岁的茅以升在商业学堂毕业，听说北京清华学堂招考留美预备生，他和同学裴荣约定，一起北上赴京投考。
家里人都说以升太小了，外出还不能让家里人放心，应该等两年再说。
以升从小就不服气人家说他不行，现在他已掌握了许多知识，懂得了很多道理，自主意识就更强了。他最不愿意人们还把他当小孩看待，竭力争辩。
最舍不得孩子离开的当然是母亲，但是，母亲却坚决支持他外出求学，因为她知道以升志向远大，家里是留不住的；她也相信以升的聪敏和能力，完全可以在外自立。
1911年7月30日，茅以升含泪告别了母亲，告别了全家，与好友裴荣一起，离开南京，踏上了北上求学的行程。
他们先到上海码头，乘直抵天津的轮船，然后由天津乘火车到北京。下车找好旅店，就急忙赶往清华学堂。
他们万万没有想到，清华学堂考期已过，连录取榜都已发布了。他们的勃勃兴致和满怀希望顿时被浇灭了。
就在他们不知所措之时，得到了另一条消息：唐山路矿学堂也在招预科生，考期还没有过。以升和裴荣几乎没怎么商议，便达成一致意见：既然出来了，就不能轻易回头，报考路矿学堂去。
他们立即赶往唐山，下车后直奔路矿学堂。到了学堂才知道，达里只有土木工程一科。
以升在商业学堂特别喜欢数学和物理，同时又羡慕祖父和柳翼谋等大学问家，他的志愿是学习理科或文科。但当时他最怕的是无功而返，就义无反顾地报了名。这一报决定了他的终身选择。
入学考试对以升和裴荣来说相当容易，他俩双双被录取为预科生。第二年转入正科时，以升考虑到桥梁建造需要自己最喜欢的数学、物理知识，再加上对秦淮河上文德桥坍塌事故一直印象深刻，就选定了桥梁专业。
唐山路矿学堂创建于1905年，是由京奉铁路局和开滦矿务局共同开办的。原有路、矿两科，以升报考时只剩下铁路一科，也就是土木工程科。
校长赵士北是孙中山先生的同学。他思想进步，重视人才，聘请到了许多高水平的教师，其中还有外国教师。他对茅以升小小年纪就以优异成绩考入路矿学堂非常欣赏，在开学典礼上，他特意介绍了这位建校以来年龄最小的大学生。
2．向往革命
茅以升考入唐山路矿学堂不到三个月，辛亥革命爆发了。
1911年10月10日夜，革命党人领导的武昌新军起义，一举攻下总督衙门。第二天，汉阳、汉口的新军也起义响应。革命党控制了武汉三镇，宣布起义成功。其他各省相继响应，到11月下旬，全国已有24个省宣布脱离清政府。12月初，起义各省的代表集会，决定成立中华民国，以南京为首都，推举孙中山为临时大总统。
1912年1月1日，孙中山在南京宣告中华民国成立，宣誓就任临时大总统。2月12日，宣统皇帝下诏退位，中国两千年的封建帝制从此结束。
武昌起义后不久，革命风暴即迅速波及唐山，茅以升衷心欢呼革命风暴的来临。
由于时局激烈动荡，学堂宣布停课，让学生回家暂避。以升和裴荣取道天津，乘轮船回到上海。为躲避江浙联军攻占南京的战火，以升全家已在上海暂住。
以升的父亲这时任江浙联军总司令部秘书部副长，二叔任参谋次长。南京临时政府成立后，父亲任南京卫戍总督府秘书长，兼江苏、浙江军事顾问；二叔任南京宪兵总司令。
以升向母亲提出，他也要参加革命。
“妈妈知道你很有能耐，”母亲说，“可是你才15岁，人们都把你当小孩子，能要你吗？你要趁年轻好好读书，学成后再去革命也不迟。妈妈就认准一个理：要你用真才实学报国。”
以升当时空有一腔热血，其实还不了解革命是怎么回事，就很顺从地听了妈妈的话。
第二年年初路矿学堂复课，他回到学校后发现，有一些同学没有回来，参加革命去了；还有的同学返校后不久，又离校投奔革命去了。以升的同班好友杨杏佛，是同盟会会员，革命刚爆发就赶往武昌去了，随后任南京临时政府总统府秘书处收发组组长；好友裴荣也弃学参加了革命军。以升羡慕他们，真后悔听了妈妈的话。
不久，以升收到了裴荣的信，信中热诚地邀请他也到革命军队中来。他再也按捺不住了，立刻给母亲写了一封信，以同学裴荣和杨杏佛为榜样，说服母亲同意他参加革命军。
母亲收到信，立即回信，仍然坚持她“要先有学问再革命”的主张，要以升安下心来，继续读书。对于以升信中讲到的裴荣、杨杏佛参加革命的例子，母亲解释说，他们年龄较大，而以升尚小，不到从军年龄。
母亲的信并没有说服以升，他提笔又给母亲写了一封长信，详细申明自己坚持要走的理由。很快就收到了母亲的第二封回信，以升读过大为震惊。母亲在信中严厉地说：“如果离开学校，就不以你为子！”
以升是个孝顺的孩子，他马上想到，母亲对自己从来没有这样严厉过，肯定是很伤心生气才这样写。是去从军呢，还是继续读书？几天中他内心斗争激烈，寝食不安，终于决定顺从母亲的意见，压下了从军的念头。他暗下决心，一定要发愤用功，等到毕业再去革命。但在他的内心深处，总有一种未能参加革命的遗憾。
这件事是茅以升一生中的—个重要转折点，如果他当时坚持弃学从军，中国可能会多一位革命家，而少了一位杰出的科学家。
1913年秋，孙中山先生视察唐山路矿学堂时的讲话，为茅以升指明了人生道路，坚定了他献身工程技术的信念。
清朝皇帝退位后，孙中山辞去了临时大总统一职，潜心研究中国的革命和建设，写成《建国方略》一书。书中提出要在中国修建10万英里（1英里＝1．6093千米）铁路、100万英里公路，因而他非常重视工程技术人才。这次来矿路学堂视察，就是他重视工程技术人才的最好证明。
孙中山是全国进步青年心目中的伟大人物，茅以升和同学们早已对孙中山的名字满怀崇敬，而今能够亲眼见到孙先生，怎能不激动万分呢？
孙先生对同学们发表了精彩的讲话。他说：“国民革命需要两支大军，一支是武装起义的大军，要推翻封建专制的帝国，建立人民的国家；另一支是建设的大军，要向西方学习先进的科学技术，改变中国贫穷落后的面貌，把我国建设得繁荣富强，跨入世界先进国家的行列。为达此目的，我们就要大力开发矿山，修建铁路、公路，开办工厂，把我国从一个落后的农业国变成一个先进的工业国。这个重任就落在了你们青年学生身上。在座诸君在路矿学堂，一定要努力学好筑路、开矿的本领，将来为国效力。”
孙先生的话，彻底消除了茅以升对自己未能参加革命军的遗憾，认识到学好本领与投笔从戎对国家同样重要，不再感到自己是处在时代潮流之外了。
讲话结束后，孙先生与师生们合影留念，茅以升就站在孙先生身边，感到特别荣幸。
3．第一名
经过了武昌起义后短期的不安心后，茅以升开始专心致志地学习。