于是，1946年于敏转到理学院物理系，将自己的专业方向定为理论物理。他在理论物理方面的天赋很快展现出来，并以惊人的记忆力和领悟力赢得教授们的欣赏。1949年于敏本科毕业，随后考取研究生，两年后以优异的成绩毕业。很快，于敏被慧眼识才的钱三强、彭桓武调到中科院近代物理研究所，从事原子核理论研究。
1951年，25岁的他，发表毕业论文《核子非正常磁矩》，这篇论文被我国原子能先驱钱三强看到了，钱三强惊呼：“我为祖国找到了一个好苗子！”
一天，他被神秘的带入，新个核科学技术研究基地：中科院近代物理研究所，接待他的，是我国核科学事业的奠基人彭桓武，当时这个研究所，集中了当时中国所有核领域的顶尖人才，他同朱洪元、邓稼先、黄祖洽、金星南、程开甲等8人，一同分入了彭桓武的原子核理论小组。
