1931年，“九·一八”事变后，日寇侵占我国东北，蒋介石政府奉行不抵抗政策，把东三省拱手送了出去。热血沸腾的上海学生对国民政府丧权辱国的行为极为愤慨，掀起了救国运动的狂潮。交通大学当然也不例外，立即组成了救国委员会，众学生纷纷罢课参加爱国运动。那时，张光斗的好朋友顾德欢是交大学生运动的积极分子。
顾德欢，上海青浦人，又名张瑞昌。他与张光斗在交大附小就是同窗好友。张光斗刚进附小时曾受某些同学的欺负，但顾德欢等人却很愿意帮助他。大学时期，顾德欢负责交大救国委员会主席团的工作，张光斗也当了委员，主要负责宣传壁报。那时，顾德欢已加入共产党的地下外围组织，他还把《资本论》等宣传革命的书报借给张光斗阅读。
同窗好友顾德欢
有一次，张光斗参加奔赴南京请愿的运动。请愿团到达南京站后就被军警团赶到了中央军校的大礼堂。蒋介石出来“训话”，最终还是强调“攘外必先安内”。最后，请愿学生被押回了南京站，无功而返。
同年，张光斗再次北上南京参加请愿活动。结果，反动军警大打出手，学生落荒而逃，受伤而返的也不在少数。除了和顾德欢一起前参加请愿活动，张光斗还多次听他宣讲革命道理。顾德欢动员张光斗早日投身革命，参加共产党的外围组织。不久，顾德欢被学校开除了，从此彻底投身革命。后来，顾德欢曾多次带领浙东人民发动游击战，成了杰出的革命家。新中国成立后，顾德欢曾任浙江省省委委员，中科院党组成员、顾问等职。这一对同窗挚友在实现济世救民的宏愿时走了不同的道路，一个立志革命救国，一个坚持工业救国，虽然此后他们的人生轨迹截然不同，但最终可谓殊途同归。
1931年4月，中华民国政府铁道部决定修建陇海铁路。1932年暑假，张光斗和同学到山西潼关进行铁路定线测量实习。虽然潼关的经济并不发达，但历来是兵家必争之地。战争造成当地山区百姓长期贫困，生活窘迫，不巧的是当时又爆发了霍乱，“全县城乡遍野死亡者不计其数。当时，棺板用尽，卷席埋葬者比比皆是。疫情威胁，路断人稀，父殡母葬，妻埋子故，哭声遍野，惨不忍睹。”
①张光斗等亲眼目睹了社会底层百姓的悲惨命运，受到了深刻的教育。
实习中，张光斗发现虽然潼关虽地处黄河附近，但生活用水却极为匮乏，河水浑浊，含沙量大，连洗脸水都得请人下河挑。而且，因为地势的缘故，还很难挑选合理的线路建造水利工程。于是，他深感我国的水利工程建设不但需求迫切，而且面临十分艰巨的困难。
大三、大四时，学校安排他们学习大量的技术基础课和专业课，课业繁重，有时非常辛苦，常常连假日也不能回去看看父母。值得强调的是，四年级时，学校特意请美国工程师来教授高等结构力学、桥梁设计和钢筋混凝土结构等课程，张光斗在课堂上接触到了一些先进的专业知识和理念，提高了专业水平和工作能力，而外教原汁原味的英语教学也提高了他的英语听说能力。
1934年上半年是张光斗在交大求学的最后一个学期。临近毕业，不少富家子弟出入舞场赌馆大肆庆祝，而心事重重的张光斗则努力为报考清华大学留美公费生而做着准备工作。
说起清华留美公费生，还有一番曲折的来历：1901年，清政府在抵抗八国联军侵略战争失败后，只好同意向十四国(包括后来参战的比利时、荷兰等六国)赔偿军费白银四亿五千万两，分三十九年付清，史称“庚子赔款”。这一沉重的债务直到1942年才全部还清。1904年，中国驻美公使梁诚发现美国“浮报冒报”军费一倍多。于是，经过艰苦谈判，美国政府最终同意退还中国“庚子赔款”中超出美方实际损失的部分，并用这笔钱“帮助中国办学”，资助中国学生赴美留学。清华大学在成立之初，就是培养赴美留学生的预备学校“清华学校”。1928年，改建为国立清华大学。于是，当时全国各地的大学毕业生如想公费留学美国，就要报考清华大学留美公费生。当时通过这个渠道出国深造的学生，学成后大多是祖国的栋梁之才，在他们中间，有我们熟悉的胡适、竺可桢、茅以升、高士其、周培源、闻一多、李四光等等。
民国23年，即1934年，清华留美公费生只招20名。来自全国各地的大学毕业生角逐这极有限的20个名额。对出身贫寒的张光斗来说，这是出国深造的唯一机会。
当时，张光斗报考的是心仪已久的水利工程专业。为此，大学毕业后的一段时间里，张光斗留在上海备考。这期间，他得到了同学宋家治极大的帮助。
1934年8月，张光斗与同学俞调梅一起，从上海乘坐火车前往当时的首都南京。此次“进京赶考”不为名不为利，为的是夺得一年一度的清华大学留美公费生名额——虽然名为清华大学留美公费生，但是考试却并不在清华大学进行，而是设在南京中央大学。
南京号称中国的三大“火炉”之一，夏天只能用“热不可耐”来形容。天气炎热，蚊虫侵扰，加上饮食不当，张光斗到了南京是吃也吃不好，睡也睡不好。一考完，他就拖着疲惫不堪的身体返回上海，结果大病一场。
由于考试结果一时难以知晓，身体康复后，张光斗打算在上海先找份工作干起来再说。他和宋家治一起去找工作，结果两人的运气不错，都被上海市工务局录用了。张光斗在五科，宋家治在四科，吃住都在市府机关内，在同事们的照应下，张光斗工作得很愉快，生活也很惬意。一天清晨，一位同事告诉他，报纸上登了他考取清华留美公费生的消息。一开始张光斗无论如何也不敢相信，生怕那是一个和自己同名同姓的人。直到几天之后，通知书寄到了他的住所，他才真真切切地相信幸运之神再次眷顾了自己。
拿到上海工务局的薪水之后，张光斗最先想到的就是回家。当他亲手把人生第一笔工资交到母亲手上，全家人都很高兴。当然，家人也为他能去美国学习感到无比的荣耀和骄傲，连乡里乡亲都纷纷前来祝贺。
据《国立清华大学考选留美公费生规程》和《留美公费生管理规程》，“公费生录取后，于必要时须依照考试委员会之规定留国半年至一年，作研究调查或实习工作，以求获得充分准备，并明了国家之需要。其工作成绩，经指导员审查认可后资送出国。”照此规定，水利系的公费生需在当年10月始在国内各水利单位实习至次年7月出国前夕。因此，在去美国之前，张光斗还需在国内实习大半年。清华大学特意安排李仪祉、汪胡桢和高镜莹三位先生做张光斗的实习导师。他们三位都是国内最早研究现代水利工程的顶级专家，无不为上世纪初期的中国水利工程和水利教育的事业作出了杰出的贡献。
李仪祉，陕西蒲城县人，著名水利学家和教育家，我国现代水利建设的先驱，也是近代治理黄河的先驱者。1930年，李仪祉设计了覆盖陕西境内泾、渭、洛、梅、黑、涝、沣、泔八大河流的“关中八惠”规划。1938年，他去世前已完成了一半河渠的修建，即泾、渭、洛、梅四大惠渠，为我国水利事业作出了重大贡献。他还创办了我国第一所水利工程高等学府——南京河海工程专门学校和其他多所院校，为国家培养了大批水利建设人才。
1935年初，张光斗到河南开封黄河水利委员会实习时拜见李仪祉先生，李先生批评张光斗不该到处玩耍，应该去陕西洛惠渠工作——在张光斗的印象里，李仪祉先生的“严格”真是毫不含糊! 当然，李老的批评有些委屈张光斗了，所谓的到处耍实际上是张光斗在走访各地工程。在洛惠渠工作的三个多月里，张光斗接触了工程施工的方方面面，进步迅速。
汪胡桢，浙江嘉兴人，著名水利工程师，曾在美国康奈尔大学研习水利发电工程，是该领域最早出国学习的中国人。他不但在美国获得了丰富的实践经验，而且回国前还做了环球旅行了解欧美的水道情况。
汪胡桢
当时，汪胡桢在南京全国经济委员会水利处担任工程科科长，张光斗在那实习时借阅了很多灌溉工程设计书、南北大运河资料和全国水利建设方面的书籍。汪先生认为，张光斗去加利福尼亚大学学习灌溉工程和大坝设计最好。
高镜莹，天津人，早年获美国密歇根大学工程硕士学位，回国后长期从事水利技术的领导管理工作，对海河流域的治理工作作出了巨大的贡献。他曾带张光斗参观水闸，并亲自指导张光斗设计闸坝。
后来，张光斗还到淮河、钱塘江、海河等处学习参观，进一步了解中国水利的实际情况。
出国前，清华大学校长梅贻琦亲自接见了这批留美公费生，鼓励他们好好学习，将来为国家多作贡献。就这样，带着家人的期许、学校的信任和救国的梦想，张光斗踏上了赴美留学的旅途。
