1935年高中毕业后，吴自良考入国立北洋工学院的矿冶系，恰逢当时航空事业蓬勃发展，在“航空救国”的热潮中，吴自良凭借优异的成绩转入新成立的航空机械系学习。吴自良后来回忆道：“当时校舍比较差，但教师教课非常好，学生学习很用功。”就是在这样的艰苦环境下，他读完了大学。1939年大学毕业后，吴自良经学校推荐，前往垒允飞机制造厂工作，在设计科任设计员。因为当时工厂里的许多工程师是美国人，所以吴自良在学习专业飞机制造知识的同时，还有机会练习英语口语，为日后赴美留学打下语言基础。1942年，该中央飞机制造厂惨遭日机轰炸，吴自良随工厂撤到昆明，但当时有关方面在组织工厂的重建工作时却告知他：只有加入国民党才可以再续他的航空救国大业。亲眼目睹国民党种种恶行的吴自良掷地有声地回复：“宁死也不加入国民党！”