1955年7月，郭永怀被康奈尔大学聘为终身教授。受聘时，他就表态：“我来贵校是暂时的，将来在适当的时候就要离开。”还在校方提供的表格“如果发生战争，是否愿意为美国服兵役”一栏中，填了个大大的“不”字。他说：“中国是我的祖国，我想走的时候就要走。”

郭永怀对各种让他加入美国籍的来信一概置之不理。他说：“我自认为，作为一个中国人，有责任回到自己的祖国，建设美好的山河。”

郭永怀曾和一同留学美国的钱伟长探讨回国后将怎样效劳祖国，他希望能建立一所高水平的大学。解放前，我国军阀混战、民不聊生，全国没有一个像样的研究所，在校大学生才几万人。因此很多人是教育救国论者，郭永怀也不例外。

1956年11月，郭永怀终于等来机会，他将凝聚了十几年心血没有公开发表的书稿全部付之一炬，回到了阔别16年的祖国。

回国后，他看到在中国共产党的领导下，短短几年就建立了中国科学院、几百所大专院校和几百个研究所，蓬勃兴盛的景象使他无比欣慰。当国家要求他主持力学所和参加两弹工作时，郭永怀欣然应命、努力从事。