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詹天佑原打算中学毕业后报考美国6海军学校但经咨询美国政府的回答是：“这里没有地方可以容纳中国学生”1被轻蔑无礼地拒绝了。诺索布夫人对詹天佑非常关心她鼓励他好好学习争取报考耶鲁大学的理工科这对詹天佑一生影响很大。
詹天佑来美国的几年正是美国大规模修筑铁路和电器等工业有重大突破的时期这期间电话、留声机、电灯等相继明。美国科学技术和经济飞展的现实引起了詹天佑的注意和思考。加之在容闳等老师的教导和影响下使他认识到只有通过展科学技术修筑铁路建设工厂开矿藏才能使祖国富强起来。因此他决心学习科学技术将来为祖国服务。1878年8月詹天佑如愿以偿地考入耶鲁大学的雪菲尔德理工学院（sheffie1dsnettifinetbsp；）土木工程系（netgcourse）。该校入学资格极严必须要通过英文、美国史、地理、拉丁文、算术、代数、几何、三角各科考试并要熟悉英国史。詹天佑以优异的成绩通过了入学考试。耶鲁大学学制三年功课扎实极重视基础课教学。詹天佑攻读土木工程系的铁路专业其课程为：第一年上学期：德文、英文、解析几何、物理、化学、工程制图。下学期：英文、物理、化学、球面三角、力学、自然地理、植物学、经济学、等角投影绘图学。
第二年上学期：微分学、测量学、投影几何学、德文、法文。下学期：积分学、力学、投影几何、地形测量学、德文、法文。
第三年上学期：野外工程学、铁路路线勘测学、路基土方计算、桥梁及房屋结构学、工程材料学、凿岩工程学、地质学、矿冶学、法文。下学期：桥梁及房屋结构学、工程材料学、蒸汽机动力学、水力学、天文测量学、地质学、矿冶学、法文。
詹天佑在该校整个学习过程中各门功课成绩优秀尤其是数学课程在一、二、三年级均获得数学优秀奖章而受到学校的表扬。在最后的一学年他去纽哈芬港口海6联运码头作实地调研对港口使用的巨型起重机作了分析研究完成了题为《码头起重机研究》（revieoflargeap；netbsp；光绪七年夏（1881年6月）詹天佑于耶鲁大学雪菲尔德工学院土木工程系铁路工程专业毕业获得哲学学士学位。在他的毕业证书内有如下一段说明文字：康奈迪克州纽哈芬耶鲁大学校长及教授们向所有阅读本证书者宣告：1容闳：《西学东渐记》。
11896年2月15日詹天佑致诺索布夫人的信见勒法吉（thomaslafargue）编高宗鲁译注：《中国留美幼童书信集》台北传记文学出版社1986年。
詹天佑是获得大学学位荣誉的第一流考生被光荣地授予哲学学士名衔并按惯例得到凡升为学士者所应享有的一切权利和声誉。
詹天佑原打算大学毕业后先用五六年时间在美国进行考察、实习和深造然后再回国效劳。但是陈兰彬与容闳分别调任清廷驻美正、副公使后新任留学生事务所的正监督吴子登对留学生怀有偏见对认真学习自然科学、思想活跃的青年学生扣以“离经叛道”的帽子并向清廷控告：留学生不尊师不读中国书甚至信了洋教如果再让他们久居美国放任自由必将成为异端日后学成归国则祸害无穷。他对学生百般教训加以“整顿”将1o名所谓“活跃分子”遣送回国。这样还不甘心188o年他去华盛顿对陈兰彬说：“外洋风俗流弊多端各学生腹少儒书德性未坚尚未究彼技能实易沾其恶习即使竭力整饬亦觉防范难固极应将局裁撤。”2于是陈兰彬等守旧派与他密切配合上奏清廷要求解散留学生事务所撤回全体官费留美学生。昏庸腐朽的朝廷不作任何调查竟采纳了他们的意见。
1881年正当詹天佑欢庆大学毕业之际清廷下达了全体留美学生撤回中国的命令。当时尽管遭到容闳等人和留学生们的坚决反对尽管许多支持留学教育的中美人士竭力呼吁、设法挽回但终不能使清廷改变其决定。至此先后四批赴美的12o名留学生除少数病故、因故已先回国和拒绝回国者外其余94名均被迫辍学于1881年夏分三批回国。其中获得大学学位者仅詹天佑和欧阳赓两人。1881年7月23日《纽约时报》表题为《中国在美国》（。）的社论赞扬中国留学生：“机警、好学、聪明、有智慧这些由古老亚洲帝国来的幼童如此努力克服外国语言困难且能学有其成我们美国子弟是难以做到的。”对使他们中途辍学表示惋惜。容闳毕生为之奋斗的留学教育计划中途夭折了。
2茅以升：《中国杰出的爱国工程师——詹天佑》见《人民日报》1961年4月27日。第二节驾舰绘图“技艺素优”
1881年8月8日詹天佑等取道旧金山回国。这批留学生回国后备受封建官吏的歧视和冷遇。他们一到上海就被水兵“押送”至衙门后院派兵看管不准随便外出视同异己。然后乘招商局轮船到天津由李鸿章接见他们。这些学生在美国生活多年早已剪去辫穿惯了西服但接见时仍要求他们穿长袍马褂戴上假的辫行旧礼节。这使他们很不习惯詹天佑甚至连假辫也不肯戴。李鸿章见时甚为不悦斥骂他们“离经叛道无父无君”。接见之后让他们等候分配工作。而分配时又不考虑所学专业和个人爱好随便派。
是年8月底詹天佑和另外15名留美学生一同被派往福州船政局马尾水师后学堂学习海轮驾驶。这对曾在美国专门攻读铁路工程技术的詹天佑来说无疑是一次严重打击他失望地流下泪水但也别无门路可走只得强忍着去福州报到。
福州船政局是两江总督左宗棠所创办附设前、后水师学堂培养和储备水师人才。前学堂学造船开法文课；后学堂学轮船驾驶开英文课。后学堂的课程有：算术、几何、三角、代数、航海、天文、地理、气象等计划二年半学完。詹天佑用不到一年时间学完全部课程并以第一名的考试成绩于光绪八年（1882）毕业于后学堂。同年11月派往扬武号兵舰任驾驶官。光绪十年正月（1884年2月）“升授船政局水师学堂教习”1即提升为水师后学堂的英文教师。
光绪七年（1881）十一月间福州船政大臣代表清廷在船政局水师学堂颁奖赏詹天佑以“技艺素优”“赏给五品军功”。光绪十年（1884）八月十四日又追补奖赏以“后学堂教习詹天佑教导出力实堪嘉赏赏给五品顶戴”1并颁了军功奖状。
光绪十年（1884）春张之洞升任两广总督后大力兴办洋务。为培养洋务人才创办了广东水雷局黄埔博学馆。为对付外敌入境又积极筹办琼、廉、潮沿海各州防务加强沿海炮台和6军营垒的建设。还设立海图馆以奉令勘测沿海各口地形并绘制海图等。为此张氏广泛网罗科技人才。
是年1o月詹天佑被张之洞调至广州出任黄埔博学馆英文教习。他工作认真教学有方“官称其能士服其教”被尊为导师。
光绪十二年（1886）正月海图馆派员勘测广东沿海地形并委派詹天佑选带测绘生员随同前往以周历各海口逐一详加测绘。在詹天佑等人的率领下其测绘人员“出入风涛无间寒暑候朝夕测沙礁辨岛屿凡轮帆可达之处战守缓急之宜靡不周历审视反复推求”2。于十三年（1887）七月终于测绘完毕并成《粤海险要图》一套呈交张之洞。是年冬张之洞携测绘者乘轮亲自巡海对所绘各图详加校核认为比较精确。然后呈送清廷军机处及总理衙门是为中国较早的完备海图。詹天佑认真努力的工作丰富的学识和才华给张之洞留下了深刻的印象对其日后力主派员留学起1中国史学会编：《中国近代史资料丛刊·洋务运动》第2册第165页。1詹天佑立《詹氏家谱》转引自《詹天佑生平志》。
2詹同济、黄志扬、邓海成编：《詹天佑生平志》第58页。
了一定作用。
次年黄埔博学馆改为广东水6师学堂詹天佑继续担任该校的英文教习。詹天佑在用非所学的岗位上度过7年无论是驾驶军舰、从事水兵教习还是测绘海图、修筑炮台等都努力奋斗克服困难做出了优异的成绩。光绪十三年（1887）詹天佑在澳门与谭伯邨的女儿谭菊珍结婚。
第三节筑路七载初露才华詹天佑自光绪七年（1881）回国后直到光绪十四年（1888）才有机会用其所学从此他为中国铁路建设事业披荆斩棘奋斗终生。
河北开平煤矿因运煤需要于光绪七年（1881）建成唐山至胥各庄全长约9公里的唐胥铁路这是中国第一条正式用于运输的铁路以后由此路两端逐步展筑成关（山海关）内外的干线铁路。詹天佑在建筑这条大干线及其支线的过程中开始崭露头角。
光绪十三年（1887）唐胥铁路通车至芦台（即唐芦铁路）后因沿海水兵用煤需要清廷海军总理衙门奏准将其继续展修至天津。为此将开平矿务局铁路公司改组为中国铁路公司设于天津由伍廷芳任总理英国人金达（netder）任总工程师。光绪十四年（1888）经留美学生邝景阳（孙谋）向伍廷芳推荐中国铁路公司遂聘请詹天佑任其帮工程师。于是詹天佑离开广州北上天津。此时中国铁路公司正紧张地忙于修筑塘沽至天津的铁路詹天佑到任后被分派到此段工地负责铺轨任务。这是詹天佑献身中国铁路事业的开始。他充分挥筑路专长指挥作业塘津铁路全长4o多公里仅在8o天内就完成全部铺轨工程。直隶总督李鸿章亲往查验认为线路“平稳坚实”。因此唐山至天津的铁路于是年九月初五日提前竣工通车。
唐津铁路通车收益显著于是继续向东展修。在总工程师金达率领下詹天佑总是被派往最艰苦的工段。光绪十五年（1889）勘测唐山至古冶的铁路十七年（1891）建成通车。
光绪十八年（1892）古冶至滦县铁路建成通车。光绪十九年（1893）
是关内铁路滦县至山海关段的修筑时期其中的滦河大桥是这段路的关键工程。这是一座2ooo余英尺长（合617米）的17孔钢桥（其中跨长2oo英尺者5孔1oo英尺者1o孔3o英尺者2孔）共有桥墩16座桥台2座工程相当艰难。金达先后聘请英国工程师喀克斯（cox）以及日本和德国的工程师来承担这项工程但结果都失败了。因为滦河水流湍急桥基所在的河床流沙层甚厚所设桥墩几次遭洪水冲毁致使工期难以保证。后来金达将这一难题交给詹天佑去试行解决。詹天佑调查分析了滦河水流及河床地质情况经过缜密的测量后决定改变桥址并在桥墩施工中引进当时的最新技术——气压沉箱法并结合中国传统的打桩方法施工结果一举成功。当16座基础桥墩露出水面后钢梁架设、铺轨工程顺利完成。次年滦县至山海关铁路迅建成通车至此关内铁路竣工。
滦河大桥的建成不只保证了关内铁路如期建成詹天佑及时运用最先进科学技术的筑路才能也引起国际学术界的关注。光绪二十年（1894）他当选为英国土木工程师学会会员（mice）是为中国工程师被选为国际学术团体会员的第一人。
关内铁路通车后继续向关外展筑。光绪二十年（1894）甲午战争爆关外段工程只筑至出关数十里的中后所（今辽宁绥中）即被迫停工。甲午战争后中国被迫签订了割地赔款的《马关条约》帝国主义列强侵略瓜分中国的危机进一步加深。铁路修筑是列强在中国争夺和巩固势力范围的重要手段此后列强在华投资争夺铁路修筑权的斗争更趋激烈。
光绪二十一年（1895）津卢铁路开工詹天佑奉调修筑该路率队测量线路并提出报告但未被有关方面采纳1。由于清廷软弱无能不仅大举外债而且重用外国工程师致使学有专长的詹天佑久居人下英雄无用武之地只能以帮工程师身份参加该路修筑工作。
光绪二十四年（1898）清廷决定恢复从山海关至沈阳的关外段铁路工程并先完成锦州段工程。当时有关官吏因恐怕雇用外国工程师勘测线路会激起民变故不得不起用詹天佑。于是詹天佑被调任山海关至锦州段的驻段工程师。奉天将军曾祺为使铁路早日通车破例保荐詹天佑升为关内外铁路帮办委以大权。詹天佑负责主持锦州段铁路的修筑任务其工程相当艰巨。它包括锦州铁路和营口支线两部分。前者自绥中向东展筑经锦州至新民屯沿线需建大小桥梁9o余座其中六股河大桥25孔（跨长1oo英尺者24孔6o余英尺者1孔）、大凌河大桥24孔（每孔跨长1oo英尺）；线路还要跨越干柴岭山沟沟深48英尺长1英里石质坚硬。后者自沟帮子修至营口的支线全长73公里沿途地势低洼、水质含碱量大不宜饮用和作机车用水为此需建数座水塔和蓄水池以引辽河淡水储蓄备用。这些都加大了修路难度。�