1920年1月5日，24岁的茅以升学成博士回国。
丰碑
1933年3月，正在天津北洋大学教书的茅以升，忽然接到担任浙赣铁路局长的老同学的一封信，告知他“浙赣铁路已由杭州通至玉山，一两年后即可通至南昌？钱塘江一水，将浙省分成东西，铁路公路无法贯通？兴建钱塘江大桥，时机已成熟，拟将此重任，寄诸足下，务望即日来杭，面商一切。”
见到此信，茅以升兴奋得彻夜难眠！这是他回国后苦苦等了十几年的事啊！近代以来，在中国的大地上，尚少有中国人自己设计建造的大桥。外国人曾断言：中国人自己造不了现代化大桥。在历史上曾是世界造桥技术最发达的中国，怎不为此感到耻辱！茅以升想：洗刷耻辱打破偏见，在此一举！一座现代化大桥，一般由三个主要部分组成：桥梁、桥墩、桥基。
桥梁，是桥最显眼的部分，人来车往均从桥梁上面通过。桥梁的设计建造关键，是要符合力学原理，能经受住火车、汽车等重物通过而不会断裂，跨度越大，要求越高。桥墩，是用来支承桥梁的，它把来自桥梁的压力传给下面的桥基。桥基，深深埋在河水下的泥沙之中，人们是看不见它的。然而，它却是建桥的关键。它承受着大桥自身和人马车辆的重量，稍不稳固，上面的桥墩、桥梁，不是歪，就是裂。因此，桥基不能建在河底的泥沙上，必须穿透厚厚的泥沙，牢牢建在泥沙底部的岩石之上。如果从河底岩石算起，桥的高度，往往比我们实际所能看到的桥的高度要高得多。
在钱塘江上建桥困难非常大。因为这里地处世界有名的钱塘江大潮所在地，再加上常遇台风，所以风浪特别大。另外江底泥沙层深达40多米。茅以升带领全体科技人员和工人，依靠科学技术和大家的智慧，战胜了一个又一个困难，把工程推向前进。
江底泥沙太厚，必须穿过泥沙打30米深的桩，以达到把压力最终传到江底岩石上的目的。打桩谈何容易！劲小了不进；劲大了断桩。一天只打进三根，照这个速度，全桥1500个桩，就要打一年半！这决不行。茅以升想出了“射水法”，用高压水猛冲打桩的地点，不长时间，就把泥沙层层剥离，形成一个深深的洞穴，再把桩子放进去打，工效一下提高10倍。当把在岸上做好的沉箱（参见图）浮在水面拖向墩址时，遇到了更大的困难。江面风大浪高，沉箱像一匹脱缰的野马，一会儿被冲到上游，一会儿又被荡到下游，挣断了铁链，撞坏了码头。整整4个月，也没使一个沉箱就位。茅以升又带领大家出主意想办法，研究大风和海潮的规律，找出定位失败的原因。他们终于想出了在涨潮时浮运，落潮时就位，然后用10吨重的大混凝土锚代替3吨重的铁锚定位，解决了这个难题。
在建桥总体施工组织中，茅以升创造了基础、桥墩、钢梁三大工程上下并进、一气呵成的方案，使工程进度大大加快。
经过两年多的艰苦奋战，钱塘江大桥终于在抗日战争的隆隆炮火中建成了！茅以升创造了两个之最：工期最短——两年半，费用最低——160万美元。钱塘江大桥达到了当时的世界水平，超过了所有外国人在中国建成的大桥。
新中国成立不久的1955年，党和政府又把建设武汉长江大桥技术顾问委员会主任的重担压在他身上。这个在长江边上长大的专家，那时已是60岁的老人了。
长江，无论从宽度、深度、水量、流速，都远非钱塘江可比，建桥的难度也远远超过以往中国建的任何一座大桥。中国当时所有大河上都已建了大桥，唯独剩下这道“天堑”，还阻碍着南北的交通。长江上建桥，最困难的，仍然是水下基础工程。原来所有的方法，在这里都不能用。必须寻找新的方法。这个方法，被充满智慧和创造精神的茅以升找到了。他提出用“大型管柱钻孔法建大桥基础”。这方法是“在每个桥墩墩址，用30多根直径1.5米的大型空心水泥管，穿过江底泥沙直触岩层，再从管内放入钻机，在岩石上钻孔，使管柱深深插入岩石；然后在管内注满钢筋混凝土，将管柱与岩石紧密联成一体；最后，把这30多根管柱联在一起，围成一个更大的圆柱体，这就形成了一个坚不可摧的牢固基础，好像从江底岩石上长出一个擎天大柱，把大桥稳稳托起。这一技术，获得了巨大成功。其它十几个关键性技术难题，也都一一得到解决。仅两年时间，万里长江第一桥正式通车！武汉大桥建造成功，标志着我国建桥技术跨入了世界先进行列。
钱塘江大桥、武汉长江大桥，是茅以升的两座丰碑，也是中国现代建桥史上的两个里程碑。
良师益友
茅以升不仅是建造过许多桥梁的工程专家，还是一个培养过无数人才的优秀教育家。他在这方面的贡献，甚至超过了他亲自造桥的贡献。他把中国造桥的优秀传统与世界最先进的造桥技术融于一体，形成了自己的独特理论体系，以此为据，他培养了一批又一批的中国桥梁专家。他的学生遍天下。在中国现代建桥史上的影响，他无疑处于首位，“一代桥梁大师”他当之无愧。
他的教育方法独树一帜，在课堂上，他叫学生问老师，谁的问题提得深，给的分就高。一次某学生问他“应力与应变谁先谁后？”他当场给了这个学生100分，同学们都很惊讶和兴奋。凡他教的学生，主动学习，探讨问题，蔚然成风。
他特别重视在实际中学习。按一般方法，是先学再实践，“学而时习之”。他却强调“习而时学之”，先在实际中锻炼，再进一步学理论。他比喻说：“哪个人是从书本上学会游泳的？都是先跳进水里，边学边看边想，慢慢学会的。但理论也重要，没有理论指导，游泳也难以提高成绩，打破纪录。”他总结的“博闻强记，多思多问，勤于实践，勇于创新”十六字诀，是学习的好方法。“博闻强记”还有个故事：一次校庆联欢，要他出节目，他没唱歌没跳舞，却一口气把圆周率π的数值背到小数点后第100位，这个节目引起了师生的热烈欢迎和敬佩。
茅以升一生写过大量关于桥的著作：《桥话》、《二十四桥》、《名桥谈往》、《人间彩虹》。这些书，资料丰富，生动有趣，通俗易懂，产生了巨大影响。他有无数的青少年朋友，许多人因此而成了“小桥迷”，最终走上了造桥之路。
晚霞
茅以升以热爱中国、振兴中华的精神和大无畏的奋斗精神，走过了他漫漫的人生之路。他曾在回忆录中写到：“人生一征途耳，其长百年，我已走过十之七八。回首前尘历历在目。崎岖多于平坦，忽深谷，忽洪涛，幸赖桥梁以渡。桥何名欤？曰：奋斗。！尤为令人敬佩的，是他在90高龄时，加入了中国共产党。这无疑向世人宣告，他的最终奋斗目标，是要实现人类最壮丽的事业——共产主义。
1989年11月12日，茅以升在北京逝世，终年94岁。