中国后才知道，初恋女友在分手当时已是中共地下党员，很可能是中共地下党员只能要么结婚，要么分手，女友当时也不能告诉叶笃正。1939年，失恋的叶笃正回到了位于云南的西南联合大学（由北京大学、清华大学、南开大学合组而成）。在此，他结识了正在上大学四年级的钱三强，二人一起打乒乓球。在钱三强的建议下，叶笃正改变了原来学习物理学的初衷，决定学习气象学。1940年，叶笃正自西南联合大学毕业，获国立清华大学理学学士学位。1941年至1943年，叶笃正就读浙江大学史地研究所研究生，1943年毕业获得理学硕士学位。