1924年6月，壹對年輕夫婦漂洋過海前往美國賓夕法尼亞大學求學。這對夫婦是梁思成和林。梁思成去年原本打算去美國留學，但是因為受傷休息了壹年，恰巧林也拿到了半官費留學，所以兩人都得以赴美留學。1928年8月，梁思成和林從美國返回。7月6日，海輪抵達紐約伊薩卡的康奈爾大學。梁思成與林趁著暑假先在這裏補習幾門課程。9月，她正式進入費城的賓夕法尼亞大學(University of PennsyIvania)，但當時賓夕法尼亞大學的建築系不收女學生。林沒能如願上建築系，只好留在美術系，但良好的基礎和成績讓她壹入學就進入初三。她的註冊英文名字是菲利斯。好在美術系和建築系都屬於美院，而梁思成是在建築系，所以林可以很方便地旁聽建築系的課程。林的天性，加上之前跟隨父親在英國生活壹年多的經歷，使她很快融入了海外校園，並成為賓大中國留學生聯誼會社會委員會成員。美術系三年級有四個學生。林與伊麗莎白·薩特羅的友誼最深，她經常去薩特羅的父母家。薩特羅在晚年仍然清楚地記得林是“壹個優雅可愛的女孩，像壹件精美的瓷器，她有壹種優雅的幽默感”。聰明的林在大學生聖誕賀卡設計大賽中獲獎。這是壹幅用點畫技術畫的聖母像，很有中世紀歐洲聖母像的古風。這件珍貴的文物至今仍保存在學校檔案館裏。她用了兩年的時間如期拿到了美術學士學位，並作為建築系的審核員，不到兩年就被聘為建築設計教師助理，並很快成為這門課的導師。