这种机遇很快就来了。陈立夫继祖母杨氏家中有位独子，小名叫宝宝，一向甚得父母宠爱，家庭富有，但教育无方，宝宝在国内书没念好，便想换个环境，到国外去学习，却苦于无人陪往。听说陈立夫想出国留学，便提出由陈立夫陪宝宝一同赴美，其路费由宝宝家资助。陈立夫听说到美国留学，可以半工半读，便一口答应，这样既照顾了宝宝，又圆了自己的出国梦。想到这些，陈立夫满心高兴，他的思绪也飞到了大洋彼岸，对未来的留学生活，充满了无限的遐想。
第二部分留学匹兹堡（1）
1923年的夏天，陈立夫在天津北洋大学完成了他的大学学业。六年的大学生活，对陈立夫的性格有很大改变，他似乎变得比以前成熟，脸上完全脱去了稚气，他再也不是以前那个活泼、好动的顽童了，他变得与他哥哥陈果夫一样，严肃、沉默寡言、城府很深、派头很大，只是一双眼睛还是和以前一样机灵、有神，显示出很有智慧的样子。
此时的陈立夫，科学救国的幻梦做得正酣，他以为凭着自己的一点知识，就可以使中国摆脱帝国主义列强的侵略，并很快昌盛富强起来。只有多读书，多掌握知识，才能对国家有所贡献。因此，他选择了继续读书的道路，决定到美国匹兹堡大学学习矿冶工程。
对于弟弟的选择，哥哥陈果夫全力赞成与支持，一则出国留学曾是他的美好愿望，但由于身体患病，又由于国内政治情况的变化，出国的计划几次搁浅。虽然他并不后悔，却总以为是一种遗憾。现在弟弟能出国留学，正好弥补了自己心中的憾事。二则，中国的社会现状十分险恶，自己走了从政、从军、从商的道路，希望对这个社会有所改变，但春秋荏苒，社会依然，他感到自己走的路太艰难、太费力了，或者像弟弟这样沉醉于科学之中，躲进象牙之塔，比自己要轻松、高雅，这条路或者是对的。因此，他极力促成陈立夫前往美国，继续深造。
虽然宝宝家提供了陈立夫赴美的路费，但那时，到美国留学，还需要一笔昂贵的费用，这让陈立夫为难了。因为当时，父亲陈其业的生意一直不好，他上大学的经费主要是由哥哥陈果夫支持，现在陈果夫交易所刚刚破产，自己都难以生活，怎能再拿出这一大笔费用呢。他考虑再三，心想，万一凑不齐费用，就放弃留学算了。
陈果夫知道情况后，对弟弟百般鼓励和安慰，劝他千万不要放弃，说考上美国著名大学是不容易的，再困难也要想办法克服，并答应筹备费用的事包在他身上。
陈果夫利用自己原来在商界中的各种关系，广泛联系，多方奔走，一处借一点，一处贷一点。“陈果夫为筹措费用，准备一切，甚费苦心”。在他的努力下，终于凑齐了所需费用。
1923年，“江南正清秋”的时候，陈立夫离开中国赴美留学。他先从上海坐船到日本，再由日本乘机飞往匹兹堡。一个秋雨淅沥的天气，陈果夫亲自送陈立夫到船上，蒙蒙的雨雾，更增添凄凉之意。兄弟二人，相顾无言，双方内心都涌起一种依依惜别的特殊情感。本来，兄弟俩由于年龄的悬殊，在一起的时间并不多。
陈果夫远走湖南、南京读书时，陈立夫在家乡湖州；陈立夫到天津读书时，陈果夫又在上海，二人天南地北，也并没有什么太多的挂念，也没有太多的分别苦痛。现在，陈立夫一旦离开中国，要到西半球另一个陌生的国度里去单独生活的时候，兄弟俩才感到这才是真正的离别了，都感到了一种“海内风尘诸弟隔，天涯涕泪一身遥”的孤独。然而，他们都还年轻，都要走自己的路，纵然有太多的惆怅，还是要分别的。轮船启动了，兄弟俩挥手告别，各自在自己选择的不同道路上继续前行。
陈立夫带着宝宝到美国后，一边在匹兹堡大学读书，一边利用周末到附近一家中国餐馆洗碗打工，赚些小钱以供零用。而宝宝家寄来大量资金供其挥霍，宝宝有如此优越条件，却仍不肯念书，一年后，陈立夫设法托人将其带回国内老家。
匹兹堡大学教学严谨，而且十分强调理论与实际结合。陈立夫的指导教师勃莱克教授是采矿工程学系主任，学识渊博，经验丰富，几乎每周都要带陈立夫等几名学生到附近煤矿场参观勘察，并与他所施教的课程结合起来。如教到矿内排水系统这一章时，勃莱克教授便带陈立夫一行到一家排水工程最好的矿场去实地勘测，回来后要求立刻做成报告。这种教学方法，使陈立夫不仅看到了美国先进工业的现实，而且学到了不少书本上没有的知识。
生活的艰辛和优越的学习环境，使陈立夫尤感学习机会来之不易，需要万分珍视。因此，他学习十分用功，抓紧一切时间看书，上实验室、请教老师、撰写实习报告。仅仅一年时间，便完成了学业，写出了《中国煤矿业的机械化与电器化》的硕士论文，并顺利通过了答辩，获得了硕士学位。
从匹大毕业后，陈立夫参加了美国矿业局的培训，又学习了一些矿坑爆炸的应变措施，经过考试，得到了一个由矿业局发给的证书，这才具备了煤矿工作的资格。
学业的完成，资格证的取得，令陈立夫十分高兴。来美国一年多时间，一直醉心于学习，还没有领略这个国家的山川地理、社会历史、风土人情，现在有了闲暇时间，陈立夫想到各地游览一下。正好，同在匹大学习的徐恩曾刚买了一部新的福特篷顶汽车，还约了在科罗拉多矿业学院学习的陆子冬，一齐驾车从匹兹堡出发去旅行。
徐恩曾刚学会驾车，技术并不熟练，在开往费城途中，由于路标稀少，经验缺乏，再加车速过快，一个陡坡下去急度转弯，车子失去平衡，翻倒在路边，而离此2米的地方是万丈悬崖，如果车子再翻一个九十度，后果不堪设想。3人倒悬在座位中，不能动弹，好在并没受伤，只是陈立夫手指擦破皮而已。而篷车顶部被压扁，挡风玻璃全部破碎，一个车轮折损，方向盘也断了。3人不能出来，只是拼命按喇叭，希望有人来救。
大约过了20多分钟，终于来了一辆载有10来个工人的大卡车，他们合力把车抬起，才将陈立夫等3人救出。这些美国人还热心地帮他们联络福特的维修服务站，很快，服务站派人来将摔坏的车拖去修理。陈立夫等人十分感动，拿出10美金作酬谢，但美国人坚辞不要。
第二部分留学匹兹堡（2）
这一夜，陈立夫等在附近找了个小旅馆住下。到了第二天下午，便得到福特维修服务站的通知，摔坏的车已完全修好，这种高效率的服务精神，给陈立夫留下良好印象。3人惊魂未定，对于是否继续旅行发生分歧，结果，陆子冬决定放弃旅行，陈立夫与徐恩曾立场坚定，继续结伴前行。
由于吸取了教训，徐恩曾驾车十分谨慎，因此一路十分顺利。在费城，他们参加了中国同学会的年会，结识了好多朋友。随后他们前往芝加哥，参观了一个规模极大的屠宰场，只见活生生的猪、牛从这边进去，不一会，就已经宰割洗净，从另一边出来，一部分是准备冷藏的肉，另一部分是装好了的罐头食品，令陈立夫等叹为观止。他们又到波士顿，然后至大西洋城，观赏了那里正在进行的选美比赛，那争奇斗艳的花车游行，那花样百出的泳装表演，令陈立夫等目不暇接。在玩了纽约、华盛顿后，他们还去观赏了尼亚加拉大瀑布的壮观景象，并到了加拿大的边界。接着他们南行到了底特律，参观了著名的福特汽车厂，该厂分工之细，生产之快，效率之高，令陈立夫等大开眼界。
一路上，陈立夫与徐恩曾游览风光、深入社会、参观工厂、了解民情，对美国有了一个粗略的了解。
这次美国大旅行，对陈立夫触动很大，回到匹兹堡后，他总是考虑这样一个问题，为什么中国如此落后，什么时候中国也能有美国这样的繁荣和发达。于是，他常和同学讨论中国政治，并开始接触孙中山的思想，特别是关于三民主义和建国方略的论述。对于孙中山，陈立夫还在上海读中学时，曾随陈果夫听过他的演讲，但并无太深的印象，现在读他的书，才引起共鸣，正如陈立夫后来所说：“将孙中山先生的实业计划详为研读，深佩其见解独到精辟，诸如公路、铁路之修筑，三大港口之兴建，其他各类工业之发展，这些都是建国之根本。……我始终认为孙中山先生的革命工作，实在是建国的首要步骤，国内的军阀一天不打倒，国家的统一与建设就一天无法开始。”于是，不过问政治，不参加政党的陈立夫转变了观念，在匹兹堡的留学生中，他第一个提出申请，于1924年在旧金山正式加入了中国国民党。
为了更好地了解现代化的煤矿工作，好将来回国服务，陈立夫开始在美国找工作，最初在一家砖厂任职，从混土、切割，到加热等工作都一一做过。一个多月后，陈立夫终于找到他理想的工作，正式进入匹兹堡煤矿公司，开始了矿坑的本行工作。
为了掌握不同煤矿的不同情况与需要，陈立夫在短短六个月中，换了三种不同类型的煤矿工作，学到了很多知识，积累了可贵的工作经验。后来，他转到史克兰敦白煤矿区的麦文矿业公司工作，该公司有工人4000多人，规模相当大，机械化程度也高，陈立夫在这里工作了8个多月。
陈立夫虽是硕士生，由于是中国人，还是受到少数自认高贵的美国人歧视。有一次，一个叫约翰的电气修理师，指使陈立夫替他找锤子，陈立夫只找到一把破旧的锤子，约翰轻蔑地说：“这锤子像你们中国人。”陈立夫一听，怒火中烧，便和约翰打了起来，事情闹到公司，陈立夫据理力争：“他侮辱我的国家，我不能原谅他。”公司只好认定“陈是对的”。还有一次，矿内的抽水机坏了，一个美国修理工弄了半天没修理好，领班便让陈立夫去修，陈立夫明白，全场的人都看着他，所以一定得把机器修好。由于他平时有实际经验，一会儿，机器修复了，使得在场的美国人都对这个中国青年刮目相看。由此，陈立夫汲取了一个经验：“中国人应该有自信。”有一天，陈立夫应邀到教堂参加美国人举行的一个晚会，其中有个节目是让大家轮流从一个箱内抽取纸条，回答上面所提的问题。陈立夫抽到的纸条上写着：“1924年发生的最大事件是什么？”陈立夫即慷慨陈辞：“1924年发生的事件中，最大和最重要的就是美国立法禁止中国工人入境，这种排华举动完全违反了基督徒博爱平等的精神，也与美国的民主立国精神背道而驰。”陈立夫的话字字铿锵，落地有声，赢得了全场热烈的掌声。这件事使陈立夫认识到，国家的尊严是最重要的，同时，广大美国人民对中国是友好的。
采矿业是高风险工作，陈立夫也常遇到这种危险。一次收工的时候，他最后一个离开坑道，还没走到坑口，觉得有什么东西忘记了拿，便转身往回走，刚走几步，听到砰地一声，顶架倒塌了，整个坑道一片漆黑，由于陈立夫平常对坑道十分熟悉，竟然在漆黑的坑道中，摸索到了一个小洞钻