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1927年9月上海中国科学社第12次年
会（第四排右四为叶企孙）
在创办了物理系之后，叶企孙又于1929年亲手组建了清华理学院，其中包括算学、物理、化学、生物、心理、地学6系。工程学系也附属其中，后来门类又有所增加。这么多工作能够有条不紊地进行，确实反映出了叶企孙出色的组织与管理能力。建设理学院，可以说明叶企孙的科学素养与见识，只有一个懂科学的人才能有此举措。
1929-1930年间，叶企孙与朋友们在清华大学北院7号合影，左起依次为陈岱孙、施嘉炀、金岳霖、萨本栋、肖遽、叶企孙、萨本铁、周培源
由叶企孙主持的清华“特种研究事业”开创于1934年。面对日本侵略的日益临近，叶企孙自觉地将科研事业与国防建设联系在一起，并全面铺垫开了中国尖端科技的合理布局，为建国后国防科技迅猛发展奠定了坚实基础。叶企孙作为清华大学特种研究所委员会主席，创建了航空研究所，该所不仅直接为空军服务，还利用航空风洞进行空气动力学方面的理论研究。叶企孙还是我国兵工弹道学的开创人和扶持者。他还最早预见到无线电技术对物理学和其他学科的重要性，并大力培养该领域的人才，不断提高自制相关设备的能力。1933年，他委托别人在美国订购了制造真空管的设备，为我国研制电子管创造了条件。这一切都具有开创性。