1924年，梁思成远赴美国宾夕法尼亚大学攻读建筑。在一次与建筑学教授交流的过程中，谈到中国建筑史时，梁思成猛然发现中国在建筑史上的研究竟是一片空白。后来，梁思成在欧洲考察实践中，看到国外的许多古建筑都受到妥善的保护，反观当时的中国，无数古代建筑早已在战乱中满目疮痍。梁思成立下誓言：中国人一定要写出自己的建筑史！于是，从1931年起，他将毕生精力投入到这项事业中去。

一开始，梁思成就把近代的科学方法应用到研究中国古建筑上，坚持研究古建筑首先必须进行实地的调查测绘，并选择北京故宫作目标。从1932年４月开始，梁思成对蓟县独乐寺辽代建筑进行了调查，写出了详细的报告。后来又连续写出了《正定古建筑调查纪略》《大同古建筑调查报告》《赵县大石桥》《晋汾古建筑预查纪略》等10余篇论文和报告，将一座座从汉唐、宋辽到明清各代的古建筑珍宝展现在人们面前。　　

1933年梁思成测绘善化寺普贤阁。

1937年，梁思成和林徽因、莫宗江等人去山西五台山调查佛光寺，第一次发现了一座唐代建筑。此后，冒着战争的烽火，梁思成带领着仅有的几位研究人员，在云南、四川等地仍坚持着古建筑的研究。他们调查了40余个县，为当时的中央博物馆绘制了大量古建筑模型图，在印刷条件十分困难的情况下，仍出版营造学社的汇刊。

1944年，梁思成开始撰写《中国建筑史》。这时，多病的身体折磨着他，脊椎软骨硬化病使他不得不经常戴着铁马甲工作；学社经费来源的断绝又使他不得不多次去重庆政府募化微薄的津贴；十分短缺的物质条件使得只能靠大量的线描图来弥补照片的不足。

梁思成手绘山西五合山佛光寺大殿结构图。

最终，在众人的协助下，一部由中国人自己编写的中国古代建筑史，终于在西南的一个小山庄里完成了。在这部著作中，梁思成根据大量的实物和文献资料，第一次按中国历史的发展，将各时期的建筑，从城市规划、宫殿、陵墓到寺庙、园林、民居都作了详细的叙述，并对各时期的建筑特征作了分析和比较。这些论述和分析都远远超过了过去外国人对中国建筑的研究水平，达到了前人所没有达到的高度。

1946年10月，美国耶鲁大学聘请梁思成去讲学。于是，梁思成带着《中国建筑史》和同时完成的《中国雕塑史》的书稿、图片，以一个中国人的自豪心情将中华民族的文化珍宝展示在国际学术界面前，他以丰富的内容和精湛的分析博得了国外学术界的极大钦佩和赞扬。